深入理解Java分段锁（手把手教你掌握高并发下的线程安全数据结构）

为什么需要分段锁？

假设你有一个包含 100 万个元素的哈希表。如果使用全局锁（如 HashTable），那么即使两个线程操作的是完全不同的 key，它们也必须排队等待，效率极低。

而使用 Java分段锁，比如将哈希表分成 16 个段，那么理论上最多可以有 16 个线程同时写入（每个段一个线程），大大提高了并发能力。

ConcurrentHashMap 与分段锁（JDK 1.7）

在 JDK 1.7 中，ConcurrentHashMap 的内部结构如下：

• 由多个 Segment 组成；
• 每个 Segment 继承自 ReentrantLock，自带锁功能；
• 每个 Segment 内部维护一个 HashEntry 数组。

当你执行 put(key, value) 操作时：

1. 先通过哈希函数确定 key 属于哪个 Segment；
2. 对该 Segment 加锁；
3. 在该 Segment 内部执行插入操作；
4. 操作完成后释放锁。

这样，不同 Segment 之间的操作是完全并行的。

简单代码示例

// 创建一个 ConcurrentHashMapConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();// 多个线程可以安全地并发写入map.put("apple", 1);map.put("banana", 2);// 读取操作无需加锁，性能高Integer value = map.get("apple");

注意：从 JDK 1.8 开始，ConcurrentHashMap 放弃了 Segment 分段锁的设计，转而使用 CAS + synchronized 锁住单个链表头节点的方式，进一步提升了性能和内存利用率。但理解分段锁对掌握 Java并发编程 的演进非常重要。

分段锁 vs 全局锁：性能对比

总结

分段锁是 Java 并发包中一项非常巧妙的设计，它通过“化整为零”的思想，显著提升了哈希表在多线程环境下的性能。虽然现代 JDK 已经优化了实现方式，但理解 ConcurrentHashMap原理 和分段锁机制，对于掌握 Java并发编程 至关重要。

作为开发者，你应该根据实际并发需求选择合适的数据结构。在高并发读写场景下，优先考虑 ConcurrentHashMap 而非 HashTable 或 Collections.synchronizedMap()。

希望这篇教程能帮助你彻底搞懂 Java 分段锁！如果你觉得有用，欢迎分享给更多正在学习 Java分段锁 的小伙伴。