基于优化的CAS算法实现线程安全的HashMap

作者：吴恩慈

来源：软件, 2019, 40(06): 185-190.

• 无锁机制
• 分段锁
• CAS算法优化
• 红黑树
• 线程安全

HashMap内存数据结构存在相当广泛的应用场景,通过Hash函数的Key直接获取对应的值,能够确保搜索的时间复杂度为O(1)。HashMap数据结构存在哈希冲突与线程安全问题,悲观锁机制实现线程安全的方法存在很大的性能开销。本文提出了基于优化的CAS算法,实现线程安全的哈希映射数据结构,内部采用数组、链表和红黑树实现了高并发环境下读写操作。通过增加版本戳避免CAS算法的ABA问题,CAS算法实现的无锁方式避免了锁竞争的开销,使用红黑树来优化链表,确保大规模数据集的检索时间复杂度保持O(logn)。支持多线程扩容操作,在执行效率方面有良好的表现。通过大规模的并发压力测试,验证了该数据结构在性能上有稳定的提升。