在 JDK 1.8 的 ConcurrentHashMap 中，为什么存在两种插入方式？

在 JDK 1.8 的 ConcurrentHashMap 中，之所以对“容器为空”和“计算位置为空”采取不同的处理方式，主要是因为 并发场景下的性能优化和并发安全保证 。我们可以分开来看这两种情况：

1. 容器为空时，使用 volatile + CAS 初始化

• 原因 ： ConcurrentHashMap 采用 懒加载 ，并不会在构造时就初始化所有桶（ Node<K, V>[] table ）。
• 实现 ：当第一次插入元素时，会先判断 table 是否为空：

if (tab == null || (n = tab.length) == 0) 
    tab = initTable();

• initTable() 方法使用 CAS（Compare-And-Swap） 操作来保证线程安全的初始化。

• 为什么用 CAS 而不是 synchronized ?

  • 目的是减少不必要的锁竞争，提高并发性能。
  • 由于初始化操作通常只需要执行一次（典型的 双重检查锁 模式），CAS 在多数情况下不会失败，所以开销较小。

2. 计算出的位置为空时，使用 CAS 插入

• 原因 ：如果某个桶（即 table[index] ）位置为空，说明没有哈希冲突，我们可以直接尝试插入数据。

• 实现 ：使用 CAS 方式直接插入：

• if (casTabAt(tab, i, null, new Node<K, V>(hash, key, value, null))) {
      break; // 插入成功，退出循环
  }

  为什么用 CAS 而不是 synchronized ?

• 因为这个位置是 null ，没有竞争，所以可以直接尝试用 无锁的 CAS 操作 插入，避免加锁的开销，提高性能。

3. 计算出的位置不为空时，使用 synchronized

• 原因 ：如果 table[index] 位置已经有元素了，可能会遇到 哈希冲突 ，需要遍历该链表或红黑树进行替换或追加。

• 实现 ：

  • 先通过 synchronized 锁住该桶（ synchronized (f) ）。
  • 然后遍历这个桶：
    • 如果 key 已存在 ，则更新 value。
    • 如果 key 不存在 ，则添加新的节点（链表 or 红黑树）。
  • 插入完成后， 判断链表长度是否达到阈值（8），如果达到就转换为红黑树 。

• 为什么用 synchronized 而不是 CAS?

  • CAS 只能保证单个变量的原子性，而不能保证整个链表或树结构的原子性 。
  • 当多个线程同时修改一个桶时，直接用 synchronized 保护整个桶的操作，避免复杂的 CAS 失败重试，提高效率。

JDK 1.8 在 ConcurrentHashMap 中通过 分阶段使用 CAS 和 synchronized ，既保证了 高并发性能 ，又保证了 线程安全 ，这就是它不同情况下采用不同方式的原因。