Java中的ConcurrentHashMap是Java并发包(java.util.concurrent)中的一个线程安全的HashMap实现。它是为高并发场景设计的，能够在多线程环境下提供高效的键值存储和查询操作。以下是ConcurrentHashMap的工作原理和一些经典应用案例的解释。

工作原理

1. 数据结构：ConcurrentHashMap内部使用数组+链表+红黑树的数据结构。数组的每个元素称为一个段(Segment)，在Java 8之后，这个段的概念被取消，但是基本的数据结构仍然是类似的。每个段保护着一个桶数组，桶数组中的每个桶可以存储一个或多个键值对，形成链表。

2. 分段锁：在Java 7及之前的版本中，ConcurrentHashMap通过分段锁(Segment)来实现线程安全。每个段就像一个小型的HashMap，拥有自己的锁。当一个线程对某个段进行操作时，其他段的操作不会受到影响，从而降低了锁的竞争，提高了并发性能。

3. 锁的细粒度控制：在Java 8中，锁的粒度进一步细化，不再使用Segment。而是通过每个桶内部的节点来控制锁，当需要对某个桶进行操作时，只需要锁定该桶的头节点即可，其他桶的操作不会受到影响。

4. 扩容机制：ConcurrentHashMap在内部使用了一个动态扩容的机制。当HashMap中的元素数量达到负载因子(默认为0.75)乘以当前容量时，就会进行扩容。扩容过程中，为了避免锁的竞争，会分批次进行，每次只迁移一部分数据。

5. 红黑树：在Java 8中，当链表长度超过一定阈值(默认为8)时，链表会转换成红黑树，以提高查找效率。红黑树是一种自平衡的二叉查找树，相比于链表，它可以提供更稳定的查找性能。

6. 并发级别：ConcurrentHashMap允许在创建时指定并发级别，即预期的线程数。这个参数会影响内部数据结构的锁的数量，从而影响并发性能。但是从Java 8开始，默认的并发级别被设置为16，且不允许用户自定义，因为经过测试，这个值在大多数情况下都能提供较好的性能。

经典应用案例

1. 缓存系统：ConcurrentHashMap非常适合用来构建缓存系统，因为它可以高效地处理大量并发的读写请求。例如，一个Web应用可以使用ConcurrentHashMap来缓存用户信息、会话数据等，以减少对数据库的访问。

2. 任务调度：在任务调度系统中，任务的状态和执行结果通常需要被多个线程安全地访问和修改。ConcurrentHashMap可以用来存储任务ID和任务状态的映射关系，确保任务的调度和执行是线程安全的。

3. 计数器：在需要统计某些事件的并发访问次数时，可以使用ConcurrentHashMap来实现一个安全的计数器。例如，统计网站访问量、API调用次数等。

4. 分布式锁：虽然ConcurrentHashMap不是专门用来实现锁的，但它可以用来构建一个简单的分布式锁。通过将锁的资源标识作为键，可以安全地控制对共享资源的访问。

5. 并发数据聚合：在处理大量并发数据时，ConcurrentHashMap可以用来聚合数据。例如，实时分析用户行为，统计特定事件的分布情况等。

总的来说，ConcurrentHashMap是一个高效、灵活的并发数据结构，适用于多种并发场景，能够有效地提高多线程程序的性能和稳定性。