C/C++教程
ConcurrentHashMap你到底了解多少？
本文主要是介绍ConcurrentHashMap你到底了解多少？，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！
简介
ConcurrentHashMap是一个经常被使用的数据结构，它在线程安全的基础上提供了更好的写并发能力。ConcurrentHashMap跟Map有很大的不同，内部大量使用volatile和CAS等减少锁竞争，当然代码也比HashMap难理解的多，本章基于JDK1.8对ConcurrentHashMap做基本介绍。
ConcurrentHashMap 类
public class ConcurrentHashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
implements ConcurrentMap<K,V>, Serializable
继承AbstractMap抽象类，实现ConcurrentMap接口
ConcurrentMap 接口
public interface ConcurrentMap<K, V> extends Map<K, V>
继承Map接口
ConcurrentMap 方法
// 为空返回默认值
@Override
default V getOrDefault(Object key, V defaultValue) {
V v;
return ((v = get(key)) != null) ? v : defaultValue;
}
// 如果存在键不覆盖（put 键存在新值覆盖原值）
V putIfAbsent(K key, V value);
// 删除
boolean remove(Object key, Object value);
// 替换，oldValue一样才替换
boolean replace(K key, V oldValue, V newValue);
// 替换
V replace(K key, V value);
这里忽略使用Function的方法
重要内部类 Node
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V>
实现Map.Entry
Node 属性
// 键的hash值 final int hash; // 键 final K key; // 值 volatile V val; // 下一个节点 volatile Node<K,V> next;
Node 构造函数
Node(int hash, K key, V val, Node<K,V> next) {
this.hash = hash;
this.key = key;
this.val = val;
this.next = next;
}
Node 方法
// 获取键
public final K getKey() { return key; }
// 获取值
public final V getValue() { return val; }
// 获取节点hashCode（键值异或）
public final int hashCode() { return key.hashCode() ^ val.hashCode(); }
// toString方法
public final String toString(){ return key + "=" + val; }
// 直接对节点设置值抛异常
public final V setValue(V value) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
// 节点equals
public final boolean equals(Object o) {
Object k, v, u; Map.Entry<?,?> e;
// 必须是Map.Entry实例，key不能为空值不能为空，键值一样
return ((o instanceof Map.Entry) &&
(k = (e = (Map.Entry<?,?>)o).getKey()) != null &&
(v = e.getValue()) != null &&
(k == key || k.equals(key)) &&
(v == (u = val) || v.equals(u)));
}
// 搜索键
Node<K,V> find(int h, Object k) {
Node<K,V> e = this;
if (k != null) {
do {
K ek;
// 当前节点与h一样，key必须一样
if (e.hash == h &&
((ek = e.key) == k || (ek != null && k.equals(ek))))
return e;
// 节点下移，继续搜索
} while ((e = e.next) != null);
}
return null;
}
重要内部类 TreeNode
static final class TreeNode<K,V> extends Node<K,V>
TreeNode 继承Node
TreeNode 属性
// 父级节点 TreeNode<K,V> parent; // red-black tree links // 左节点 TreeNode<K,V> left; // 右节点 TreeNode<K,V> right; // 前一个节点（跟Node中next组成双向链表） TreeNode<K,V> prev; // 颜色 boolean red;
TreeNode 构造函数
TreeNode(int hash, K key, V val, Node<K,V> next,
TreeNode<K,V> parent) {
// 初始化父类属性
super(hash, key, val, next);
// 初始化上级节点
this.parent = parent;
}
TreeNode 方法
Node<K,V> find(int h, Object k) {
return findTreeNode(h, k, null);
}
// 查找元素
final TreeNode<K,V> findTreeNode(int h, Object k, Class<?> kc) {
if (k != null) {
// 当前节点
TreeNode<K,V> p = this;
do {
// 取左右节点
int ph, dir; K pk; TreeNode<K,V> q;
TreeNode<K,V> pl = p.left, pr = p.right;
// h 小于当前节点hash走左边
if ((ph = p.hash) > h)
p = pl;
// h 大于当前节点hash走右边
else if (ph < h)
p = pr;
// hash一样，key一样
else if ((pk = p.key) == k || (pk != null && k.equals(pk)))
return p;
// hash一样，key不一样，左节点为空
else if (pl == null)
p = pr;
// ash一样，key不一样，右节点为空
else if (pr == null)
p = pl;
// hash一样，key不一样，左右不为空
else if ((kc != null ||
(kc = comparableClassFor(k)) != null) &&
(dir = compareComparables(kc, k, pk)) != 0)
// 通过比较器比较结果，小于0走左边，大于0走右边
p = (dir < 0) ? pl : pr;
// 比较器为空先从右边递归
else if ((q = pr.findTreeNode(h, k, kc)) != null)
return q;
// 右边也没找到，下次从左边找
else
p = pl;
} while (p != null);
}
return null;
}
重要内部类 TreeBin
static final class TreeBin<K,V> extends Node<K,V>
TreeBin 也继承Node
TreeBin 属性
// 根节点 TreeNode<K,V> root; // 头节点 volatile TreeNode<K,V> first; // 等待 volatile Thread waiter; // 锁定状态 volatile int lockState; static final int WRITER = 1; static final int WAITER = 2; static final int READER = 4; // 内存操作不安全类 private static final sun.misc.Unsafe U; // lockState 偏移量 private static final long LOCKSTATE;
TreeBin 加载初始化
static {
try {
U = sun.misc.Unsafe.getUnsafe();
Class<?> k = TreeBin.class;
LOCKSTATE = U.objectFieldOffset
(k.getDeclaredField("lockState"));
} catch (Exception e) {
throw new Error(e);
}
}
TreeBin 构造函数
TreeBin(TreeNode<K,V> b) {
// 初始化Node属性
super(TREEBIN, null, null, null);
// 设置当前元素b为头节点
this.first = b;
TreeNode<K,V> r = null;
// 遍历b所有next
for (TreeNode<K,V> x = b, next; x != null; x = next) {
// 获取next
next = (TreeNode<K,V>)x.next;
// 清空左右节点
x.left = x.right = null;
// 初始化r，设置为根节点
if (r == null) {
x.parent = null;
x.red = false;
r = x;
} else {
// 获取键和hash
K k = x.key;
int h = x.hash;
// 比较器
Class<?> kc = null;
// 遍历r
for (TreeNode<K,V> p = r;;) {
int dir, ph;
K pk = p.key;
// 确定走左边还是右边
if ((ph = p.hash) > h)
dir = -1;
else if (ph < h)
dir = 1;
else if ((kc == null &&
(kc = comparableClassFor(k)) == null) ||
(dir = compareComparables(kc, k, pk)) == 0)
dir = tieBreakOrder(k, pk);
TreeNode<K,V> xp = p;
// 确定的一边为空，就把x加上去
if ((p = (dir <= 0) ? p.left : p.right) == null) {
x.parent = xp;
if (dir <= 0)
xp.left = x;
else
xp.right = x;
r = balanceInsertion(r, x);
break;
}
}
}
}
// 赋值根节点
this.root = r;
// 在运行时，如果关闭了assertion功能，这些语句将不起任何作用。
// 如果打开了assertion功能，那么将执行checkInvariants，
// 如果它的值为false，该语句强抛出一个AssertionError对象。
assert checkInvariants(root);
}
比较大小方法
static int tieBreakOrder(Object a, Object b) {
int d;
if (a == null || b == null ||
(d = a.getClass().getName().
compareTo(b.getClass().getName())) == 0)
d = (System.identityHashCode(a) <= System.identityHashCode(b) ?
-1 : 1);
return d;
}
TreeBin 锁定节点
private final void lockRoot() {
// 使用CAS把lockState从0改为WRITER（1）
if (!U.compareAndSwapInt(this, LOCKSTATE, 0, WRITER))
// 修改失败
contendedLock();
}
private final void unlockRoot() {
lockState = 0;
}
private final void contendedLock() {
// 等待状态
boolean waiting = false;
for (int s;;) {
// lockState为0结果一定是0
if (((s = lockState) & ~WAITER) == 0) {
// 使用CAS把lockState从0改为WRITER（1）
if (U.compareAndSwapInt(this, LOCKSTATE, s, WRITER)) {
// 等待状态
if (waiting)
waiter = null;
// 成功返回
return;
}
}
else if ((s & WAITER) == 0) {// s不为2时结果为0
// 使用CAS把lockState从s修改为s | WAITER（2）
if (U.compareAndSwapInt(this, LOCKSTATE, s, s | WAITER)) {
// 设置是否需要等待为true
waiting = true;
// 等待线程
waiter = Thread.currentThread();
}
}
else if (waiting)
// 阻塞当前线程
LockSupport.park(this);
}
}
TreeBin 查找
final Node<K,V> find(int h, Object k) {
// 值不能为空
if (k != null) {
// 从头节点开始遍历
for (Node<K,V> e = first; e != null; ) {
int s; K ek;
// 判断是否是锁定状态（lockState为0一定不能进入）
if (((s = lockState) & (WAITER|WRITER)) != 0) {
// 当前节点hash是否一样，key是否一样
if (e.hash == h &&
((ek = e.key) == k || (ek != null && k.equals(ek))))
return e;
// 节点下移
e = e.next;
}
// 更新lockState
else if (U.compareAndSwapInt(this, LOCKSTATE, s,
s + READER)) {
TreeNode<K,V> r, p;
try {
// 头不为空，从树中查找
p = ((r = root) == null ? null :
r.findTreeNode(h, k, null));
} finally {
Thread w;
if (U.getAndAddInt(this, LOCKSTATE, -READER) ==
(READER|WAITER) && (w = waiter) != null)
// 唤醒阻塞的线程
LockSupport.unpark(w);
}
return p;
}
}
}
return null;
}
TreeBin 添加元素
final TreeNode<K,V> putTreeVal(int h, K k, V v) {
Class<?> kc = null;
// 是否搜索过
boolean searched = false;
// 从跟节点开始遍历
for (TreeNode<K,V> p = root;;) {
int dir, ph; K pk;
// 根节点为空，构建新的根节点
if (p == null) {
first = root = new TreeNode<K,V>(h, k, v, null, null);
break;
}
// 确定左边还是右边
else if ((ph = p.hash) > h)
dir = -1;
else if (ph < h)
dir = 1;
else if ((pk = p.key) == k || (pk != null && k.equals(pk)))
return p;
else if ((kc == null &&
(kc = comparableClassFor(k)) == null) ||
(dir = compareComparables(kc, k, pk)) == 0) {
if (!searched) {
TreeNode<K,V> q, ch;
// hash一样，比较器失效，开始搜索
searched = true;
if (((ch = p.left) != null &&
(q = ch.findTreeNode(h, k, kc)) != null) ||
((ch = p.right) != null &&
(q = ch.findTreeNode(h, k, kc)) != null))
return q;
}
dir = tieBreakOrder(k, pk);
}
// 下级有空节点开始追加
TreeNode<K,V> xp = p;
if ((p = (dir <= 0) ? p.left : p.right) == null) {
// 获取一把头节点
TreeNode<K,V> x, f = first;
// 更新头节点
first = x = new TreeNode<K,V>(h, k, v, f, xp);
// 头节点不为空，原头节点上级设置为新节点
if (f != null)
f.prev = x;
// 树结构中插入
if (dir <= 0)
xp.left = x;
else
xp.right = x;
// 当前xp为叶子节点，叶子节点是红色需要重新平衡
if (!xp.red)
x.red = true;
else {
// 重新平衡需要锁定
lockRoot();
try {
// 插入平衡
root = balanceInsertion(root, x);
} finally {
// 解除锁定
unlockRoot();
}
}
break;
}
}
assert checkInvariants(root);
return null;
}
TreeBin 删除
final boolean removeTreeNode(TreeNode<K,V> p) {
// 获取上下节点
TreeNode<K,V> next = (TreeNode<K,V>)p.next;
TreeNode<K,V> pred = p.prev; // unlink traversal pointers
TreeNode<K,V> r, rl;
// 上级节点为空，设置next为头节点
if (pred == null)
first = next;
else
// 上级的下级指向当前下级
pred.next = next;
// 下级为空下级的上级指向当前上级
if (next != null)
next.prev = pred;
// 头节点为空
if (first == null) {
// 设置root为空
root = null;
return true;
}
// 在树中删除
if ((r = root) == null || r.right == null || // too small
(rl = r.left) == null || rl.left == null)
// 不成树，直接返回（只有一个元素）
return true;
// 锁定头节点
lockRoot();
try {
TreeNode<K,V> replacement;
TreeNode<K,V> pl = p.left;
TreeNode<K,V> pr = p.right;
// 红黑树删除节点参照HashMap
if (pl != null && pr != null) {
TreeNode<K,V> s = pr, sl;
while ((sl = s.left) != null) // find successor
s = sl;
boolean c = s.red; s.red = p.red; p.red = c; // swap colors
TreeNode<K,V> sr = s.right;
TreeNode<K,V> pp = p.parent;
if (s == pr) { // p was s's direct parent
p.parent = s;
s.right = p;
}
else {
TreeNode<K,V> sp = s.parent;
if ((p.parent = sp) != null) {
if (s == sp.left)
sp.left = p;
else
sp.right = p;
}
if ((s.right = pr) != null)
pr.parent = s;
}
p.left = null;
if ((p.right = sr) != null)
sr.parent = p;
if ((s.left = pl) != null)
pl.parent = s;
if ((s.parent = pp) == null)
r = s;
else if (p == pp.left)
pp.left = s;
else
pp.right = s;
if (sr != null)
replacement = sr;
else
replacement = p;
}
else if (pl != null) // 右边为空
replacement = pl;
else if (pr != null) // 左边为空
replacement = pr;
else
replacement = p;
if (replacement != p) {
TreeNode<K,V> pp = replacement.parent = p.parent;
if (pp == null)
r = replacement;
else if (p == pp.left)
pp.left = replacement;
else
pp.right = replacement;
p.left = p.right = p.parent = null;
}
// 删除并平衡
root = (p.red) ? r : balanceDeletion(r, replacement);
if (p == replacement) { // detach pointers
TreeNode<K,V> pp;
if ((pp = p.parent) != null) {
if (p == pp.left)
pp.left = null;
else if (p == pp.right)
pp.right = null;
p.parent = null;
}
}
} finally {
// 解锁
unlockRoot();
}
assert checkInvariants(root);
return false;
}
左旋右旋
static <K,V> TreeNode<K,V> rotateLeft(TreeNode<K,V> root,
TreeNode<K,V> p) {
。。。
}
static <K,V> TreeNode<K,V> rotateRight(TreeNode<K,V> root,
TreeNode<K,V> p) {
。。。
}
插入删除平衡
static <K,V> TreeNode<K,V> balanceInsertion(TreeNode<K,V> root,
TreeNode<K,V> x) {
。。。
}
static <K,V> TreeNode<K,V> balanceDeletion(TreeNode<K,V> root,
TreeNode<K,V> x) {
。。。
}
重要内部类ForwardingNode
static final class ForwardingNode<K,V> extends Node<K,V>
ForwardingNode 在扩容移动时会使用
ForwardingNode 属性
// 扩容后数组
final Node<K,V>[] nextTable;
**ForwardingNode 构造函数**
ForwardingNode(Node<K,V>[] tab) {
super(MOVED, null, null, null);
this.nextTable = tab;
}
ForwardingNode 方法
Node<K,V> find(int h, Object k) {
// 自旋
outer: for (Node<K,V>[] tab = nextTable;;) {
Node<K,V> e; int n;
// 新数组为空或者头节点为空，返回
if (k == null || tab == null || (n = tab.length) == 0 ||
(e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) == null)
return null;
// 自旋
for (;;) {
int eh; K ek;
// 头节点一样
if ((eh = e.hash) == h &&
((ek = e.key) == k || (ek != null && k.equals(ek))))
return e;
// hash 小于 0（说明是treeBin）
if (eh < 0) {
// 头节点是ForwardingNode实例
if (e instanceof ForwardingNode) {
// 获取扩容后新数组
tab = ((ForwardingNode<K,V>)e).nextTable;
continue outer;
}
else
// 继续查找
return e.find(h, k);
}
// 达到尾节点，返回
if ((e = e.next) == null)
return null;
}
}
}
ConcurrentHashMap 属性
// 数组最大长度
private static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
// 初始化默认长度
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 16;
// 元素个数最大值（toArray中使用）
static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
// 默认并发级别
private static final int DEFAULT_CONCURRENCY_LEVEL = 16;
// 默认加载因子
private static final float LOAD_FACTOR = 0.75f;
// 链表转树阈值
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
// 树转链表阈值
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
// 树转链表，table长度阈值
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
// 扩容迁移元素时，每个线程处理16个槽
private static final int MIN_TRANSFER_STRIDE = 16;
// 用于生成每次扩容都唯一的生成戳的数
private static int RESIZE_STAMP_BITS = 16;
// 最大的扩容线程的数量
private static final int MAX_RESIZERS = (1 << (32 - RESIZE_STAMP_BITS)) - 1;
// 移位量，把生成戳移位后保存在sizeCtl中当做扩容线程计数的基数，
// 相反方向移位后能够反解出生成戳
private static final int RESIZE_STAMP_SHIFT = 32 - RESIZE_STAMP_BITS;
// 表示正在转移
static final int MOVED = -1;
// 表示已经转换成树
static final int TREEBIN = -2;
// ReservationNode 初始化hash值
static final int RESERVED = -3;
// int最大值
static final int HASH_BITS = 0x7fffffff;
// 获得可用的处理器个数
static final int NCPU = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
private static final ObjectStreamField[] serialPersistentFields = {
new ObjectStreamField("segments", Segment[].class),
new ObjectStreamField("segmentMask", Integer.TYPE),
new ObjectStreamField("segmentShift", Integer.TYPE)
};
// 元素数组
transient volatile Node<K,V>[] table;
// 扩容后的新的table数组
private transient volatile Node<K,V>[] nextTable;
// 元素个数计数器值
private transient volatile long baseCount;
// 扩容阈值
private transient volatile int sizeCtl;
// 下一个transfer任务的起始下标index
private transient volatile int transferIndex;
// counterCells 扩容标志
private transient volatile int cellsBusy;
// 并发时
private transient volatile CounterCell[] counterCells;
// 键集合
private transient KeySetView<K,V> keySet;
// 值集合
private transient ValuesView<K,V> values;
// 键值实体集合
private transient EntrySetView<K,V> entrySet;
// 内存操作不安全类
private static final sun.misc.Unsafe U;
// 扩容阈值偏移量
private static final long SIZECTL;
// transfer任务任务下标偏移量
private static final long TRANSFERINDEX;
// 元素个数偏移量
private static final long BASECOUNT;
// cellsBusy偏移量
private static final long CELLSBUSY;
// counterCells 偏移量
private static final long CELLVALUE;
// table偏移量
private static final long ABASE;
// table数组元素偏移量
private static final int ASHIFT;
ConcurrentHashMap 加载初始化
static {
try {
U = sun.misc.Unsafe.getUnsafe();
Class<?> k = ConcurrentHashMap.class;
SIZECTL = U.objectFieldOffset
(k.getDeclaredField("sizeCtl"));
TRANSFERINDEX = U.objectFieldOffset
(k.getDeclaredField("transferIndex"));
BASECOUNT = U.objectFieldOffset
(k.getDeclaredField("baseCount"));
CELLSBUSY = U.objectFieldOffset
(k.getDeclaredField("cellsBusy"));
Class<?> ck = CounterCell.class;
CELLVALUE = U.objectFieldOffset
(ck.getDeclaredField("value"));
Class<?> ak = Node[].class;
ABASE = U.arrayBaseOffset(ak);
int scale = U.arrayIndexScale(ak);
if ((scale & (scale - 1)) != 0)
throw new Error("data type scale not a power of two");
ASHIFT = 31 - Integer.numberOfLeadingZeros(scale);
} catch (Exception e) {
throw new Error(e);
}
}
ConcurrentHashMap 构造函数
public ConcurrentHashMap() {
}
public ConcurrentHashMap(int initialCapacity) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException();
// 计算扩容阈值
int cap = ((initialCapacity >= (MAXIMUM_CAPACITY >>> 1)) ?
MAXIMUM_CAPACITY :
tableSizeFor(initialCapacity + (initialCapacity >>> 1) + 1));
this.sizeCtl = cap;
}
public ConcurrentHashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
this.sizeCtl = DEFAULT_CAPACITY;
putAll(m);
}
public ConcurrentHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
this(initialCapacity, loadFactor, 1);
}
public ConcurrentHashMap(int initialCapacity,
float loadFactor, int concurrencyLevel) {
if (!(loadFactor > 0.0f) || initialCapacity < 0 || concurrencyLevel <= 0)
throw new IllegalArgumentException();
// concurrencyLevel 表示估计的参与并发更新的
// 线程数量，必须比初始化容量的要大
if (initialCapacity < concurrencyLevel)
initialCapacity = concurrencyLevel;
// 扩容阈值
long size = (long)(1.0 + (long)initialCapacity / loadFactor);
int cap = (size >= (long)MAXIMUM_CAPACITY) ?
MAXIMUM_CAPACITY : tableSizeFor((int)size);
this.sizeCtl = cap;
}
####ConcurrentHashMap 的hash算法
static final int spread(int h) {
// 混合高低位，并控制范围
return (h ^ (h >>> 16)) & HASH_BITS;
}
在HashMap中hash算法是return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16); 而spread方法其实就是hash算法，最后和int最大值取位与只是为了控制结果在int范围内。
ConcurrentHashMap 数组长度计算
private static final int tableSizeFor(int c) {
int n = c - 1;
n |= n >>> 1;
n |= n >>> 2;
n |= n >>> 4;
n |= n >>> 8;
n |= n >>> 16;
return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
}
此方法请看HashMap篇，里面有详细推导
ConcurrentHashMap 操作数组头节点
static final <K,V> Node<K,V> tabAt(Node<K,V>[] tab, int i) {
// ((long)i << ASHIFT) + ABASE 元素位置
return (Node<K,V>)U.getObjectVolatile(tab, ((long)i << ASHIFT) + ABASE);
}
static final <K,V> boolean casTabAt(Node<K,V>[] tab, int i,
Node<K,V> c, Node<K,V> v) {
// 修改槽中元素从c改成v
return U.compareAndSwapObject(tab, ((long)i << ASHIFT) + ABASE, c, v);
}
static final <K,V> void setTabAt(Node<K,V>[] tab, int i, Node<K,V> v) {
// v放到对应槽中
U.putObjectVolatile(tab, ((long)i << ASHIFT) + ABASE, v);
}
ConcurrentHashMap 添加
public V put(K key, V value) {
// 添加
return putVal(key, value, false);
}
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
// 键或值为空抛异常
if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
// 获取hash
int hash = spread(key.hashCode());
int binCount = 0;
// 遍历table
for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
Node<K,V> f; int n, i, fh;
// tab为空（第一次添加）
if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
tab = initTable();
// 查找hash所在的槽是否为空
else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
// 创建新节点并放入对应槽中(失败重新来过)
if (casTabAt(tab, i, null,
new Node<K,V>(hash, key, value, null)))
break;
}
// 正在扩容
else if ((fh = f.hash) == MOVED)
tab = helpTransfer(tab, f);
else {
// 原值
V oldVal = null;
// 锁定头节点
synchronized (f) {
// 头节点没有改变过
if (tabAt(tab, i) == f) {
// 头节点hash 大于 0
if (fh >= 0) {
// 链表添加初始为1
binCount = 1;
// 从头节点开始遍历（每次binCount加1）
for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {
K ek;
// 键是否一样
if (e.hash == hash &&
((ek = e.key) == key ||
(ek != null && key.equals(ek)))) {
// 获取原值
oldVal = e.val;
// 不覆盖开关是否打开，false就覆盖
if (!onlyIfAbsent)
e.val = value;
break;
}
// 键不一样e下移
Node<K,V> pred = e;
// 后面节点为空
if ((e = e.next) == null) {
// 追加元素
pred.next = new Node<K,V>(hash, key,
value, null);
break;
}
}
}
// hash 小于 0 说明是TreeBin（hash为-2）
else if (f instanceof TreeBin) {
Node<K,V> p;
// 树添加设置为2
binCount = 2;
// 调用树结构添加
if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,
value)) != null) {
// 原值
oldVal = p.val;
if (!onlyIfAbsent)
// 覆盖原值
p.val = value;
}
}
}
}
if (binCount != 0) {
// binCount 大于8，链表转树
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
treeifyBin(tab, i);
// 原值不为空，要么覆盖要么忽略
if (oldVal != null)
return oldVal;
break;
}
}
}
// 能到这儿一定添加成功（需不需要扩容）
addCount(1L, binCount);
return null;
}
如果只看putVal方法ConcurrentHashMap 跟HashMap差不多，就把头元素锁了，但是如果你真这么认为，只能说明没有看第三篇。
ConcurrentHashMap 初始化数组
private final Node<K,V>[] initTable() {
Node<K,V>[] tab; int sc;
// table 不为空退出循环
while ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
// 判断扩容阈值是否小于0
if ((sc = sizeCtl) < 0)
// 让出cpu
Thread.yield();
// 修改扩容阈值为-1
else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {
try {
// 判处table是否还没被初始化
if ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
// sc > 0 使用sc，否则使用默认初始长度
int n = (sc > 0) ? sc : DEFAULT_CAPACITY;
// 创建数组
Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n];
// 赋值
table = tab = nt;
// 计算下次扩容阈值
// n - n/4 等价于 n*0.75
sc = n - (n >>> 2);
}
} finally {
// 设置新的扩容阈值
sizeCtl = sc;
}
break;
}
}
return tab;
}
ConcurrentHashMap 链表转树
// binCount（链表长度）大于8会调用这个方法
private final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int index) {
Node<K,V> b; int n, sc;
// 数组不能为空
if (tab != null) {
// 判断是在是否小于64
if ((n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
// 扩容第三篇会讲
tryPresize(n << 1);
// 大于64，获取头节点，判断是否已经是TreeBin
else if ((b = tabAt(tab, index)) != null && b.hash >= 0) {
// 锁住头节点
synchronized (b) {
// 再取一次头节点判断跟b是否一样
if (tabAt(tab, index) == b) {
TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
for (Node<K,V> e = b; e != null; e = e.next) {
// 构建树节点
TreeNode<K,V> p =
new TreeNode<K,V>(e.hash, e.key, e.val,
null, null);
// 构建树节点的链表结构，
// 初始化TreeBin时才转树结构
if ((p.prev = tl) == null)
hd = p;
else
tl.next = p;
tl = p;
}
// 构建TreeBin，并把它放入当前槽
setTabAt(tab, index, new TreeBin<K,V>(hd));
}
}
}
}
}
ConcurrentHashMap 树转链表
static <K,V> Node<K,V> untreeify(Node<K,V> b) {
Node<K,V> hd = null, tl = null;
// 遍历节点
for (Node<K,V> q = b; q != null; q = q.next) {
// 构建普通节点
Node<K,V> p = new Node<K,V>(q.hash, q.key, q.val, null);
if (tl == null)
hd = p;
else
tl.next = p;
tl = p;
}
return hd;
}
ConcurrentHashMap 键取值
public V get(Object key) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> e, p; int n, eh; K ek;
// 计算hash
int h = spread(key.hashCode());
// 判断数组是否为空，然后判断槽中头节点是否为空
// (n - 1) & h 就是取余，请看HashMap篇推导过程
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null) {
// 头节点hash是否一样
if ((eh = e.hash) == h) {
// hash一样看key是否一样
if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))
// key一样返回节点中的值
return e.val;
}
// hash不一样，判断hash是否小于0
// TreeBin 的hash为-2
else if (eh < 0)
// 在红黑树中查找
return (p = e.find(h, key)) != null ? p.val : null;
// 能到这说明一定是链表，通过遍历链表查找
while ((e = e.next) != null) {
// 判断key是否一样，并节点下移
if (e.hash == h &&
((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))))
return e.val;
}
}
return null;
}
ConcurrentHashMap 删除
public V remove(Object key) {
return replaceNode(key, null, null);
}
final V replaceNode(Object key, V value, Object cv) {
// 计算hash
int hash = spread(key.hashCode());
// 自旋
for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
Node<K,V> f; int n, i, fh;
// 判断数组或头节点为空
if (tab == null || (n = tab.length) == 0 ||
(f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null)
// 直接退出
break;
// 判断hash是否为移动状态
else if ((fh = f.hash) == MOVED)
// 如果是就帮忙移动，移动完自旋删除
tab = helpTransfer(tab, f);
else {
// 能到这儿，说明不是再移动
V oldVal = null;
boolean validated = false;
// 锁住头节点
synchronized (f) {
// 判断头节点是否变动
if (tabAt(tab, i) == f) {
// 链表删除
if (fh >= 0) {
validated = true;
// 遍历链表
for (Node<K,V> e = f, pred = null;;) {
K ek;
// 判断key是否一样
if (e.hash == hash &&
((ek = e.key) == key ||
(ek != null && key.equals(ek)))) {
V ev = e.val;
// 判断值是否一样
if (cv == null || cv == ev ||
(ev != null && cv.equals(ev))) {
// 原值
oldVal = ev;
// value不为空，使用value覆盖原值，
// 否则移除节点，
// 如果移除的是头节点，需要把设置新头节点
if (value != null)
e.val = value;
else if (pred != null)
pred.next = e.next;
else
setTabAt(tab, i, e.next);
}
break;
}
// 节点下移
pred = e;
if ((e = e.next) == null)
break;
}
}
// 树结构中删除
else if (f instanceof TreeBin) {
validated = true;
TreeBin<K,V> t = (TreeBin<K,V>)f;
TreeNode<K,V> r, p;
// 在树结构中查找
if ((r = t.root) != null &&
(p = r.findTreeNode(hash, key, null)) != null) {
V pv = p.val;
// 判断值是否一样
if (cv == null || cv == pv ||
(pv != null && cv.equals(pv))) {
oldVal = pv;
// value不为空，使用value覆盖原值，
// 否则，在树结构中删除
// 如果移除的是头节点，需要设置新头节点
if (value != null)
p.val = value;
else if (t.removeTreeNode(p))
setTabAt(tab, i, untreeify(t.first));
}
}
}
}
}
// 是否查找过
if (validated) {
// 原值是否为空
if (oldVal != null) {
// value是否为空，不为空只覆盖不删除
if (value == null)
// 长度减一
addCount(-1L, -1);
// 返回原值
return oldVal;
}
break;
}
}
}
return null;
}
ConcurrentHashMap 清空
public void clear() {
long delta = 0L;
int i = 0;
Node<K,V>[] tab = table;
// 遍历数组所有元素
while (tab != null && i < tab.length) {
int fh;
// 获取头节点
Node<K,V> f = tabAt(tab, i);
// 头节点为空，数组下标加1
if (f == null)
++i;
// 判断头节点状态
else if ((fh = f.hash) == MOVED) {
// 帮忙移动
tab = helpTransfer(tab, f);
// 移动完成，重置数组下标
i = 0;
}
// 正常删除
else {
// 锁住头节点
synchronized (f) {
// 判断头节点是否变化
if (tabAt(tab, i) == f) {
// 获取链表或树的头节点
Node<K,V> p = (fh >= 0 ? f :
(f instanceof TreeBin) ?
((TreeBin<K,V>)f).first : null);
// 遍历个数
while (p != null) {
--delta;
p = p.next;
}
// 清空当前槽
setTabAt(tab, i++, null);
}
}
}
}
// 修改总长度
if (delta != 0L)
addCount(delta, -1);
}
ConcurrentHashMap 在修改链表或者树时都会锁住头元素，其他修改操作就拿不到锁，他们就会等待。
ConcurrentHashMap 的addCount
private final void addCount(long x, int check) {
CounterCell[] as; long b, s;
// 先判断counterCells是否为空，为空通过cas修改baseCount
// 要么修改baseCount失败（s=b + x 一样会执行）
if ((as = counterCells) != null ||
!U.compareAndSwapLong(this, BASECOUNT, b = baseCount, s = b + x)) {
CounterCell a; long v; int m;
boolean uncontended = true;
// 先判断counterCells为空，
// 然后随机取余数获取counterCells下标a，并取值
// （counterCells长度必须是2的n次方）
// 取值为空修改counterCells数组a位置值，修改失败调用fullAddCount
if (as == null || (m = as.length - 1) < 0 ||
(a = as[ThreadLocalRandom.getProbe() & m]) == null ||
!(uncontended =
U.compareAndSwapLong(a, CELLVALUE, v = a.value, v + x))) {
fullAddCount(x, uncontended);
return;
}
// 链表长度小于等于1
if (check <= 1)
return;
// 统计
s = sumCount();
}
// 链表长度大于等于0
if (check >= 0) {
Node<K,V>[] tab, nt; int n, sc;
// 如果map.size() 大于 sizeCtl扩容阈值 且
// table 不是空；且 table 的长度小于 1 << 30
// 这时sc为原扩容阈值
while (s >= (long)(sc = sizeCtl) && (tab = table) != null &&
(n = tab.length) < MAXIMUM_CAPACITY) {
// 生成一个扩容戳
int rs = resizeStamp(n);
// 原扩容阈值小于0（第一次一定不会进去）
if (sc < 0) {
// 能到这一定在扩容
// 这里5个判断，意思是有任何一个满足就不能帮忙搬移元素
if ((sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs || sc == rs + 1 ||
sc == rs + MAX_RESIZERS || (nt = nextTable) == null ||
transferIndex <= 0)
break;
// 修改阈值加1
if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1))
// 帮忙搬移元素
transfer(tab, nt);
}
// 修改扩容阈值为(rs<<16)+2，一定是负的
else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc,
(rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2))
// 开始迁移元素
transfer(tab, null);
// 统计元素个数
s = sumCount();
}
}
}
这里逻辑非常绕，我们要拆开看。元素计数器counterCells，为什么要用元素计数器？
当并发比较高并且所有线程都是修改元素个数，会是什么情况？做到了高效添加删除节点，但是所有线程最后都去竞争改baseCount，性能损耗严重，性能又被拉下来了。counterCells就是用来解决修改baseCount性能损耗问题，没有并发时直接修改baseCount，有并发时一定有修改baseCount修改失败，失败又不能不管，这时失败的就在counterCells数组中随便找个元素记一下，记录方式就是数组中元素原值加1（元素是对象）。在获取元素个数时，需要把baseCount加上counterCells所有元素值加到一起就是总元素个数，这也是ConcurrentHashMap 分片统计原理。
ConcurrentHashMap 统计元素及使用
public int size() {
// 返回当前元素个数
long n = sumCount();
return ((n < 0L) ? 0 :
(n > (long)Integer.MAX_VALUE) ? Integer.MAX_VALUE :
(int)n);
}
final long sumCount() {
CounterCell[] as = counterCells; CounterCell a;
long sum = baseCount;
if (as != null) {
// 遍历所有计数器
for (int i = 0; i < as.length; ++i) {
// 元素不为空时参与统计
if ((a = as[i]) != null)
sum += a.value;
}
}
return sum;
}
// 统计数为0时Map为空
public boolean isEmpty() {
return sumCount() <= 0L;
}
ConcurrentHashMap 扩容
// 第一个扩容扩容线程nextTab为null
private final void transfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V>[] nextTab) {
int n = tab.length, stride;
// stride是每个线程转移几个槽
// 将 length/8 然后除以 CPU核心数。如果得到的结果小于 16，那么就使用 16。
if ((stride = (NCPU > 1) ? (n >>> 3) / NCPU : n) < MIN_TRANSFER_STRIDE)
stride = MIN_TRANSFER_STRIDE;
// nextTab 为空（第一个线程调用）
if (nextTab == null) {
try {
// 新数组（长度为原来2倍）
Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n << 1];
nextTab = nt;
} catch (Throwable ex) {
// 数组越界，超过int最大值
sizeCtl = Integer.MAX_VALUE;
return;
}
// 使用新数组赋值nextTable
nextTable = nextTab;
// 更新转移下标，就是 老的 tab 的 length
transferIndex = n;
}
// 新数组长度
int nextn = nextTab.length;
// 创建迁移节点
ForwardingNode<K,V> fwd = new ForwardingNode<K,V>(nextTab);
boolean advance = true;
boolean finishing = false;
for (int i = 0, bound = 0;;) {
Node<K,V> f; int fh;
// 领任务
while (advance) {
int nextIndex, nextBound;
if (--i >= bound || finishing)
advance = false;
else if ((nextIndex = transferIndex) <= 0) {
i = -1;
advance = false;
}
// 修改 transferIndex，即 length - 区间值，留下剩余的区间值供后面的线程使用
else if (U.compareAndSwapInt
(this, TRANSFERINDEX, nextIndex,
nextBound = (nextIndex > stride ?
nextIndex - stride : 0))) {
bound = nextBound;
i = nextIndex - 1;
advance = false;
}
}
// 如果 i 小于0
// 如果 i >= tab.length
// 如果 i + tab.length >= nextTable.length
if (i < 0 || i >= n || i + n >= nextn) {
int sc;
// 如果完成了扩容
if (finishing) {
// 置空nextTable，赋值新table，设置新扩容阈值
nextTable = null;
table = nextTab;
sizeCtl = (n << 1) - (n >>> 1);
return;
}
// 能到这说明还在扩容。设置sc-1
if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc = sizeCtl, sc - 1)) {
// 没有线程在帮助他们扩容了。也就是说，扩容结束了。
if ((sc - 2) != resizeStamp(n) << RESIZE_STAMP_SHIFT)
return;
// 扩容完成
finishing = advance = true;
i = n;
}
}
// 原槽为空时置入fwd
else if ((f = tabAt(tab, i)) == null)
advance = casTabAt(tab, i, null, fwd);
// 原槽头节点已经是ForwardingNode对象，忽略
else if ((fh = f.hash) == MOVED)
advance = true;
// 开始迁移
else {
// 锁住头节点
synchronized (f) {
// 看一下头节点有没有改变
if (tabAt(tab, i) == f) {
Node<K,V> ln, hn;
// hash是否大于0
if (fh >= 0) {
int runBit = fh & n;
Node<K,V> lastRun = f;
// 遍历链表
for (Node<K,V> p = f.next; p != null; p = p.next) {
int b = p.hash & n;
// 元素分类
if (b != runBit) {
runBit = b;
lastRun = p;
}
}
// 高位位0（不需要移动）
if (runBit == 0) {
ln = lastRun;
hn = null;
}
// 高位位1（需要移动）
else {
hn = lastRun;
ln = null;
}
// 组装新链表
for (Node<K,V> p = f; p != lastRun; p = p.next) {
int ph = p.hash; K pk = p.key; V pv = p.val;
if ((ph & n) == 0)
ln = new Node<K,V>(ph, pk, pv, ln);
else
hn = new Node<K,V>(ph, pk, pv, hn);
}
// 放入新数组槽中
setTabAt(nextTab, i, ln);
setTabAt(nextTab, i + n, hn);
// 原槽中使用占位符
setTabAt(tab, i, fwd);
// 成功
advance = true;
}
// 头节点为TreeBin
else if (f instanceof TreeBin) {
TreeBin<K,V> t = (TreeBin<K,V>)f;
TreeNode<K,V> lo = null, loTail = null;
TreeNode<K,V> hi = null, hiTail = null;
int lc = 0, hc = 0;
// 遍历树取两个树（lo、hi）
for (Node<K,V> e = t.first; e != null; e = e.next) {
int h = e.hash;
TreeNode<K,V> p = new TreeNode<K,V>
(h, e.key, e.val, null, null);
if ((h & n) == 0) {
if ((p.prev = loTail) == null)
lo = p;
else
loTail.next = p;
loTail = p;
++lc;
}
else {
if ((p.prev = hiTail) == null)
hi = p;
else
hiTail.next = p;
hiTail = p;
++hc;
}
}
// 长度小于6时，树退链
ln = (lc <= UNTREEIFY_THRESHOLD) ? untreeify(lo) :
(hc != 0) ? new TreeBin<K,V>(lo) : t;
hn = (hc <= UNTREEIFY_THRESHOLD) ? untreeify(hi) :
(lc != 0) ? new TreeBin<K,V>(hi) : t;
// 放入新数组槽中
setTabAt(nextTab, i, ln);
setTabAt(nextTab, i + n, hn);
// 原槽中使用占位符
setTabAt(tab, i, fwd);
// 完成
advance = true;
}
}
}
}
}
}
扩容跟HashMap区别还是比较大的，单核时一个线程迁移所有槽，多线程时，每个线程最小迁移16个槽。
ConcurrentHashMap 链转树触发扩容
private final void tryPresize(int size) {
// size在传入之前就已经*2了，判断size合法性
int c = (size >= (MAXIMUM_CAPACITY >>> 1)) ? MAXIMUM_CAPACITY :
tableSizeFor(size + (size >>> 1) + 1);
int sc;
while ((sc = sizeCtl) >= 0) {
Node<K,V>[] tab = table; int n;
// 数组为空
if (tab == null || (n = tab.length) == 0) {
n = (sc > c) ? sc : c;
// 修改扩容阈值
if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {
try {
// 初始化table
if (table == tab) {
Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n];
table = nt;
sc = n - (n >>> 2);
}
} finally {
// 设置新的扩容阈值
sizeCtl = sc;
}
}
}
// 不需要扩容
else if (c <= sc || n >= MAXIMUM_CAPACITY)
break;
// table是否改变
else if (tab == table) {
// 下面这一坨跟addcount后半段是一个意思
int rs = resizeStamp(n);
// 阈值小于零（被扩容线程修改为负的）
if (sc < 0) {
Node<K,V>[] nt;
if ((sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs || sc == rs + 1 ||
sc == rs + MAX_RESIZERS || (nt = nextTable) == null ||
transferIndex <= 0)
break;
// 帮忙迁移元素
if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1))
transfer(tab, nt);
}
// 打上迁移标示
else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc,
(rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2))
transfer(tab, null);
}
}
}
这篇关于ConcurrentHashMap你到底了解多少？的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对大家有所帮助，也希望大家多多支持为之网！
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