Java并发Map的get方法要加锁吗

不需要加锁

保证 put 的时候线程安全之后,get 的时候只需要保证可见性即可,而可见性不需要加锁。

具体是通过Unsafe#getXXXVolatile 和用 volatile 来修饰节点的 val 和 next 指针来实现的。

扩展 ConcurrentHashMap#get 方法源码

图片[1]-Java并发Map的get方法要加锁吗-编程社

主要的定位逻辑在 e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null 这行。

而 tabAt 内部使用的就是Unsafe#getObjectVolatile来保证可见性。

图片[2]-Java并发Map的get方法要加锁吗-编程社

getObjectVolatile 实际是一个 native 方法,即本地方法,通过 JNI(Java Native Interface)调用底层的 C++ 实现。

图片[3]-Java并发Map的get方法要加锁吗-编程社

它的原理就是根据对象的起始地址和字段的偏移量,直接从内存中读取字段的值。然后通过内存屏障确保该读取操作是 volatile 的,即对于其他线程是可见的。

所谓的内存屏障指的是 getObjectVolatile 方法会确保在读取操作之前插入一个读取屏障(load barrier),在读取操作之后插入一个读取屏障(load barrier)。这保证了字段的值在读取之前和之后都不会被 CPU 缓存,从而实现了 volatile 的语义。

因此,不需要加锁,利用 Unsafe 获取元素,再对比 hash 值以及 key 即可获取 value(这个流程就是普通的 map 的 get 流程,这里不再赘述)。

然后 Node 节点内的 val 和 next 指针也是被 volatile 修饰的,因此也可以保证可见性。

图片[4]-Java并发Map的get方法要加锁吗-编程社

综上,不论是通过 hash 映射到数组中具体的 node 节点,还是因为 hash 冲突可能需要利用 next 指针遍历链表,定位到最终的 node 节点后需要获取 val 值,这几个关键点都可以保证可见性,因此不需要加锁。

扩展:Unsafe

Unsafe 类是 Java 提供的一个内部类,用于执行不安全的操作(从名字就可以看出来了)。它提供了直接操作内存和线程的能力。

列举 Unsafe 类的一些关键功能:

  • 直接内存访问:允许直接分配、释放、读写内存。
  • 对象操作:允许直接操作对象的字段,如设置或获取对象的字段值。
  • 线程操作:包括暂停和恢复线程、管理锁等。
  • CAS 操作:提供了 compare-and-swap 操作,支持原子性更新操作。
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