Как работает ConcurrentHashMap

Что проверяют

Понимаете ли вы, за счёт чего карта потокобезопасна без глобальной блокировки, и знаете ли устройство после Java 8. Следом спрашивают, почему в ней нельзя хранить null и безопасен ли код map.put(k, map.get(k) + 1).

Как отвечать

Начните со сравнения. Hashtable и Collections.synchronizedMap держат один монитор на весь объект: любые два потока идут по очереди, даже читающие. ConcurrentHashMap блокирует гораздо мельче.

Дальше устройство в Java 8 и новее:

• массив бакетов: узлы Node с volatile-полями значения и ссылки на следующий, ячейки таблицы читаются и пишутся атомарными операциями;
• get: без блокировок вообще;
• put: CAS в пустой бакет, иначе synchronized на голове бакета. Длинная цепочка превращается в TreeBin, красно-чёрное дерево;
• ресайз: удвоение таблицы с переносом по частям, перенесённые бакеты помечаются ForwardingNode, и другие писатели подключаются к работе;
• счётчик: не одно поле, а базовое значение плюс ячейки, как у LongAdder, поэтому size() и mappingCount() под нагрузкой дают оценку.

Про Java 7 хватит одной фразы: там были сегменты с ReentrantLock и параметр concurrencyLevel. Сейчас этот параметр лишь подсказка для начального размера.

Про null: если get вернул null, в конкурентной карте нельзя отличить «ключа нет» от «значение null», а проверка containsKey устареет к следующей строке. Поэтому null запрещён.

Для составных действий есть атомарные методы: merge(k, 1, Integer::sum), computeIfAbsent, compute. Счётчики под сильной конкуренцией лучше хранить так: computeIfAbsent(k, x -> new LongAdder()).increment(). Bulk-операции forEach, search, reduce с порогом параллелизма идут на общем ForkJoinPool.

Где спотыкаются

Рассказывают про 16 сегментов как про нынешнее устройство. Сегментов нет с Java 8, это устаревшая картина.

Думают, что потокобезопасная карта делает потокобезопасным любой код над ней. get и затем put это две операции, между ними влезет другой поток, и инкремент потеряется.

Ждут от итератора снимка. Он слабо согласованный: исключения не будет, но изменения во время обхода он может как увидеть, так и пропустить.