はじめに
Javaでマルチスレッドプログラミングをしていると、「スレッドセーフなMapが欲しい」という場面が必ず出てきます。
そんなときに登場するのが…
👉 ConcurrentHashMap
でも、
- 「どうしてこれがスレッドセーフなの？」
- 「HashMapとは何が違うの？」
- 「全部ロックしてるの？」
そんな疑問を、わかりやすく図解＆実例付きで解決します！
HashMapとの違い：まずはここを理解！
通常の HashMap はスレッドセーフではありません。
複数スレッドが同時に書き込むと…
- 内部構造が壊れる
- 無限ループになる
- 例外が出ることも
それに対して ConcurrentHashMap は、高速性と安全性を両立した設計になっています！
どうやってスレッドセーフを実現しているの？
Java 8 以降の ConcurrentHashMap は、以下の工夫でスレッドセーフを実現しています。
| 技術要素 | 説明 |
|---|---|
| CAS（Compare-And-Swap） | ロックなしでバケットへの最初の挿入を高速化 |
| 局所ロック | 必要なノードだけロックするから他に影響なし |
| ロックストライピング | 小さなロックを複数に分けて同時処理可能に |
| TreeBin（赤黒木） | ノードが多い場合に木に変えて高速検索 |
| 再ハッシュの工夫 | 分散処理で拡張時も安全・効率的 |
| volatileと可視性制御 | 最新状態の読み取りを保証し構造一貫性を守る |
実際の処理の流れ（図解）
① put(key, value) の流れ
key.hashCode()を元にインデックス計算- バケットが空 → CASでノード挿入（ロックなし）
- 既にノードがある → 局所ロックで更新
- ノード数が閾値超えたら → TreeBinに変換
- 要素数が増えたら → 拡張（resize）を並列実行
② get(key) の流れ
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1 2 |
Integer value = map.get("apple"); |
- 読み取りは基本的にロックなし！
volatileやJavaメモリモデルによって「構造の一貫性」が保証されている
実用例：マルチスレッド環境での使用
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ConcurrentHashMap<String, Integer> stock = new ConcurrentHashMap<>(); stock.put("apple", 50); // 別スレッドから安全に更新 stock.compute("apple", (k, v) -> v == null ? 1 : v + 1); |
このように、複数スレッドが同時に読み書きしても安全！
なぜ synchronizedMap より速いの？
Collections.synchronizedMap(...)はすべての操作で全体をロックするConcurrentHashMapは操作対象だけにロック or ロック不要
→ 並列性能が大幅に向上！
nullキー・null値には注意！
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map.put(null, 100); // ❌ NullPointerException！ |
ConcurrentHashMapは キーにも値にも null を許しません- 理由：スレッド間の判別が難しくなり、安全性が損なわれるため
Java 7以前との違いは？
| バージョン | ロックの仕組み | 特徴 |
|---|---|---|
| Java 7以前 | Segmentロック | 区切ったエリアごとにロック |
| Java 8以降 | ノード単位＋CAS | より細かく・高速に |
パフォーマンスの工夫：TreeBinとresize
- ノード数が多いと遅くなる → **リスト → 木（赤黒木）**に変換！
- 拡張時も全体で一気にやらず、スレッドごとに手分けして拡張
よくある勘違いQ&A
Q. 完全にロックフリー？
A. いいえ。書き込み操作は一部ロックを使います。
Q. Mapの内容をループで読むときは？
A. ConcurrentModificationExceptionは起きません！
ただし、読み取り中に内容が変わる可能性はあります。
まとめ：ConcurrentHashMapのスゴさ
- 読み込みはロックなしで高速
- 書き込みは必要最小限のロックで安全
- ノードが多くなっても木化して検索速度を保つ
null禁止で予期しないバグを回避- マルチスレッドでのパフォーマンスが非常に高い
自己学習・実務対策に！
「ConcurrentHashMap」レベルの知識は中級者以上のJava開発で必須！
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