ConcurrentHashMap.putIfAbsent

### ConcurrentHashMap 的 `putIfAbsent` 方法详解 #### 方法定义与功能 `ConcurrentHashMap` 是 Java 并发包中的一个重要组件，它提供了一个高度并发、高性能的哈希表实现[^1]。其方法 `putIfAbsent(K key, V value)` 提供了一种线程安全的方式，在键不存在的情况下向映射中插入指定值。如果该键已经存在，则不会覆盖原有值。 此方法的核心在于它的原子性和一致性保障。通过内部机制，`putIfAbsen`t 能够确保多个线程同时操作时数据的一致性，而无需显式的同步控制。 --- #### 实现细节分析 以下是 `putIfAbsent` 方法的主要逻辑分解： 1. **查找键是否存在** 首先尝试定位给定键的位置。这一步骤利用了底层分段锁（Segment）或者更现代版本中的 CAS 操作来完成高效查询。 2. **条件判断** 如果找到对应的键，则返回已存在的值；如果没有找到，则执行下一步。 3. **插入新值** 使用一种类似于比较并交换的操作（Compare-and-Swap），将新的键值对加入到映射中。这一过程依赖于低级别的硬件支持以及 JDK 中封装好的工具类（如 `Unsafe` 或者其他优化后的 API）。具体来说，这种设计可以有效减少竞争冲突的概率，并提升整体性能。 下面是一个简化版伪代码展示如何工作： ```java public V putIfAbsent(K key, V value) { if (value == null) throw new NullPointerException(); int hash = spread(key.hashCode()); Segment<K,V>[] segments = this.segments; int segmentIndex = (hash >>> SEGMENT_SHIFT) & SEGMENT_MASK; Segment<K,V> s = segments[segmentIndex]; synchronized(s) { // 锁住特定片段而非整个 map HashEntry<K,V>[] tab = s.table; int index = hash & (tab.length - 1); for (HashEntry<K,V> e = tab[index]; e != null; e = e.next) { K k; if ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))) { return e.value; // 已经有相同 Key 存在则直接返回旧 Value } } addNewEntry(tab, index, key, value); // 插入新 Entry 到链表头部 return null; // 表明成功新增一条记录 } } ``` 需要注意的是上述例子基于较早版本结构描述，实际最新源码可能有所调整比如采用树形节点代替简单链表等策略进一步提高大规模场景下的表现效果。 另外值得注意的地方还有关于异常处理部分——当传入参数为null的时候会抛出NullPointerException异常。 --- #### 性能优势对比 相比传统的 `Hashtable` 和早期的 `HashMap` ，`ConcurrentHashMap.putIfAbsent()` 不仅提供了更高的吞吐量还保持良好的扩展能力。特别是在多核处理器环境下表现出色因为它允许读取操作完全不加锁从而极大提高了系统的响应速度和资源利用率。 与此同时借助CAS算法实现了轻量化更新流程避免传统互斥锁定带来的开销问题正如 AtomicLong 类型所展现出来的那样[^3]。 --- ### 示例代码演示 这里给出一段简单的测试程序用于验证 `putIfAbsent` 的行为特征: ```java import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap; public class PutIfAbsentExample { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { ConcurrentHashMap<String,Integer> chm=new ConcurrentHashMap<>(); System.out.println(chm.putIfAbsent("one",1)); // 输出 null 因为此处首次写入 Integer result=chm.putIfAbsent("one",2); System.out.println(result+" "+chm.get("one")); // 结果分别为 1 和 1 显示第二次调用未改变原值 Thread t1=new Thread(()->{ chm.putIfAbsent("two",20); }); Thread t2=new Thread(()->{ chm.putIfAbsent("two",25); }); t1.start();t2.start(); t1.join();t2.join(); System.out.println(chm.get("two"));// 可能得到任意一个数值取决于哪个线程率先完成了设置动作但是绝不可能得到两者混合的结果比如说45之类的情况发生因为每次修改都是独立且完整的事务单元 } } ``` 运行以上脚本可以看到即使面对高频率访问请求依然能够维持稳定可靠的数据状态转换路径. ---

### ConcurrentHashMap.putIfAbsent 方法解析 `putIfAbsent` 是 `ConcurrentHashMap` 提供的一个原子操作方法，用于在指定键不存在的情况下插入新的键值对。如果该键已经存在，则不会更新其对应的值。 此方法返回的是原先存在的旧值（如果有），如果没有则返回 `null`。这使得开发者可以在多线程环境下安全地执行条件写入操作而无需额外加锁[^1]。 具体实现上，在调用 `putIfAbsent(K key, V value)` 时： - 首先计算给定键的哈希码并进行再散列处理； - 定位到相应的桶位置，并尝试获取当前存储在此处的对象； - 如果发现目标位置为空或仅包含已过期项，则创建新条目并将其加入其中； - 若遇到冲突情况（即多个线程同时访问同一段数据），则利用 CAS 操作来确保只有一个线程能够成功完成插入动作[^3]。 下面是一个简单的代码示例展示如何使用 `putIfAbsent` 方法： ```java import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap; public class PutIfAbsentExample { public static void main(String[] args) { ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>(); String key = "exampleKey"; Integer newValue = 42; // 尝试放入新值，只有当key不存在时才会生效 Integer oldValue = map.putIfAbsent(key, newValue); System.out.println("Old Value: " + oldValue); // 输出 Old Value: null // 再次尝试放同一个key的新值 oldValue = map.putIfAbsent(key, newValue + 10); System.out.println("Old Value after second attempt: " + oldValue); // 输出 Old Value after second attempt: 42 } } ```