解析ConcurrentHashMap: get、remove方法分析
前面幾篇文章分析了并發(fā)HashMap的put方法及其相關(guān)方法,transfer方法,那么接下來(lái)本篇文章相對(duì)之前幾篇難度會(huì)小一些。
本篇文章介紹ConcurrentHashMap
的get方
法和remove方法。
1、get方法
get
方法:獲取元素,根據(jù)目標(biāo)key所在桶的第一個(gè)元素的不同采用不同的方式獲取元素,關(guān)鍵點(diǎn)在于find()方法的重寫。
public V get(Object key) { // tab 引用map.table // e 當(dāng)前元素(用于循環(huán)遍歷) // p 目標(biāo)節(jié)點(diǎn) // n table數(shù)組長(zhǎng)度 // eh 當(dāng)前元素hash // ek 當(dāng)前元素key Node<K,V>[] tab; Node<K,V> e, p; int n, eh; K ek; // 根據(jù)key.hashCode()計(jì)算hash: 擾動(dòng)運(yùn)算后得到得到更散列的hash值 int h = spread(key.hashCode()); java // -------------------------------------------------------------------------------- // CASE1: // 如果元素所在的桶存在且里面有元素 // 條件一:(tab = table) != null // true -> 表示已經(jīng)put過(guò)數(shù)據(jù),并且map內(nèi)部的table也已經(jīng)初始化完畢 // false -> 表示創(chuàng)建完map后,并沒(méi)有put過(guò)數(shù)據(jù),map內(nèi)部的table是延遲初始化的,只有第一次寫數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)觸發(fā)初始化創(chuàng)建table邏輯 // 條件二:(n = tab.length) > 0 如果為 true-> 表示table已經(jīng)初始化 // 條件三:(e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null // true -> 當(dāng)前key尋址的桶位有值 // false -> 當(dāng)前key尋址的桶位中是null,是null直接返回null if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 && (e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null) { // 進(jìn)入if代碼塊內(nèi)部的前置條件:當(dāng)前桶位有數(shù)據(jù) java // 如果第一個(gè)元素就是要找的元素,則直接返回 // 對(duì)比頭結(jié)點(diǎn)hash與查詢key的hash是否一致 // 條件成立:說(shuō)明頭結(jié)點(diǎn)與查詢Key的hash值完全一致 if ((eh = e.hash) == h) { // 完全比對(duì) 查詢key 和 頭結(jié)點(diǎn)的key // 條件成立:說(shuō)明頭結(jié)點(diǎn)就是查詢數(shù)據(jù) if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))) // 當(dāng)e的hash值以及e對(duì)應(yīng)的key都匹配目標(biāo)元素時(shí),則找到了,直接返回~ return e.val; } java // -------------------------------------------------------------------------------- // CASE2: eh < 0 // 條件成立:即,hash小于0 分2種情況,是樹或者正在擴(kuò)容,需要借助find方法尋找元素,find的尋找方式依據(jù)Node的不同子類有不同的實(shí)現(xiàn)方式: // 情況一:eh=-1 是fwd結(jié)點(diǎn) -> 說(shuō)明當(dāng)前table正在擴(kuò)容,且當(dāng)前查詢的這個(gè)桶位的數(shù)據(jù)已經(jīng)被遷移走了,需要借助fwd結(jié)點(diǎn)的內(nèi)部方法find去查詢 // 情況二:eh=-2 是TreeBin節(jié)點(diǎn) -> 需要使用TreeBin 提供的find方法查詢。 else if (eh < 0) return (p = e.find(h, key)) != null ? p.val : null; java // -------------------------------------------------------------------------------- // CASE3: 前提條件 -> CASE1和CASE2條件不滿足! // 說(shuō)明是當(dāng)前桶位已經(jīng)形成鏈表的這種情況: 遍歷整個(gè)鏈表尋找元素 while ((e = e.next) != null) { if (e.hash == h && ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))) return e.val; } java } return null; }
1.1 ForwardingNode 內(nèi)部類(FWD結(jié)點(diǎn))
在get
方法CASE2
中,eh < 0
會(huì)分2中情況:
情況一:eh=-1
是fwd結(jié)點(diǎn) -> 說(shuō)明當(dāng)前table正在擴(kuò)容,且當(dāng)前查詢的這個(gè)桶位的數(shù)據(jù)已經(jīng)被遷移走了,需要借助fwd結(jié)點(diǎn)的內(nèi)部方法find去查詢。
情況二:eh = -2
是TreeBin節(jié)點(diǎn) -> 需要使用TreeBin 提供的find方法查詢。
下面就分析一下情況一,即當(dāng)前桶位中是fwd結(jié)點(diǎn)。我們來(lái)分析一下FWD這個(gè)內(nèi)部類,以及其內(nèi)部的find方法:
static final class ForwardingNode<K,V> extends Node<K,V> { final Node<K,V>[] nextTable; ForwardingNode(Node<K,V>[] tab) { super(MOVED, null, null, null); this.nextTable = tab; } java // fwd結(jié)點(diǎn)的find方法: Node<K,V> find(int h, Object k) { // loop to avoid arbitrarily deep recursion on forwarding nodes // tab 一定不為空:整個(gè)ConcurrentHashMap源碼中,只有一個(gè)地方實(shí)例化ForwardingNode,就是在transfer遷移數(shù)據(jù)方法中執(zhí)行了:ForwardingNode<K,V> fwd = new ForwardingNode<K,V>(nextTab);(當(dāng)某個(gè)桶位數(shù)據(jù)處理完畢后,將此桶位設(shè)置為fwd節(jié)點(diǎn),其它寫線程或讀線程看到后,會(huì)有不同邏輯) Node<K,V>[] tab = nextTable; java // ------------------------------------------------------------------------------ // 自旋1 outer: for (;;) { // n 表示為擴(kuò)容而創(chuàng)建的新表的長(zhǎng)度 // e 表示在擴(kuò)容而創(chuàng)建新表時(shí),使用尋址算法得到的桶位頭結(jié)點(diǎn) Node<K,V> e; int n; java // 條件一:永遠(yuǎn)不成立 // 條件二:永遠(yuǎn)不成立 // 條件三:永遠(yuǎn)不成立 // 條件四:在新擴(kuò)容表中重新路由定位 hash 對(duì)應(yīng)的頭結(jié)點(diǎn) // true -> 1.在oldTable中對(duì)應(yīng)的桶位在遷移之前就是null // false -> 2.擴(kuò)容完成后,有其它寫線程,將此桶位設(shè)置為了null if (k == null || tab == null || (n = tab.length) == 0 || (e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) == null) return null; java // --------------------------------------------------------------------------- // 自旋2 // 前置條件:擴(kuò)容后的表對(duì)應(yīng)hash的桶位一定不是null,e為此桶位的頭結(jié)點(diǎn) // e可能為哪些node類型? // 1.node 類型 // 2.TreeBin 類型 // 3.FWD類型 for (;;) { // eh 新擴(kuò)容后表指定桶位的當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的hash // ek 新擴(kuò)容后表指定桶位的當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的key int eh; K ek; // CASE1條件成立:說(shuō)明新擴(kuò)容后的表,當(dāng)前命中桶位中的數(shù)據(jù),即為查詢想要數(shù)據(jù)。 if ((eh = e.hash) == h && ((ek = e.key) == k || (ek != null && k.equals(ek)))) // 直接將e返回~ return e; java // CASE2: eh < 0 時(shí) // 1.TreeBin 類型 // 2.FWD類型(新擴(kuò)容的表,在并發(fā)很大的情況下,可能在此方法再次拿到FWD類型),即可能又發(fā)生了擴(kuò)容 if (eh < 0) { // 判斷是否是FWD結(jié)點(diǎn) if (e instanceof ForwardingNode) { // 是FWD結(jié)點(diǎn) tab = ((ForwardingNode<K,V>)e).nextTable; // 跳轉(zhuǎn)到自旋1 continue outer; } else// 不是FWD結(jié)點(diǎn) // 說(shuō)明此桶位 為 TreeBin 節(jié)點(diǎn),使用TreeBin.find 查找紅黑樹中相應(yīng)節(jié)點(diǎn)。 return e.find(h, k); } java // 前置條件:當(dāng)前桶位頭結(jié)點(diǎn) 并沒(méi)有命中查詢,說(shuō)明此桶位是鏈表 // 1.將當(dāng)前元素指向鏈表的下一個(gè)元素 // 2.判斷當(dāng)前元素的下一個(gè)位置是否為空 // true -> 說(shuō)明迭代到鏈表末尾,未找到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù),返回Null if ((e = e.next) == null) return null; } } } }
小節(jié):
(1)hash到元素所在的桶;
(2)如果桶中第一個(gè)元素就是該找的元素,直接返回;
(3)如果是樹或者正在遷移元素,則調(diào)用各自Node子類的find()方法尋找元素;
(4)如果是鏈表,遍歷整個(gè)鏈表尋找元素;
(5)獲取元素沒(méi)有加鎖;
2、remove方法
remove方法:刪除元素跟添加元素一樣,都是先找到元素所在的桶,然后采用分段鎖的思想鎖住整個(gè)桶,再進(jìn)行操作。
public V remove(Object key) { // 調(diào)用替換節(jié)點(diǎn)方法 return replaceNode(key, null, null); } java/** * 結(jié)點(diǎn)替換: * 參數(shù)1:Object key -> 就表示當(dāng)前結(jié)點(diǎn)的key * 參數(shù)2:V value -> 要替換的目標(biāo)值 * 參數(shù)3:Object cv(compare Value) -> * 如果cv不為null,則需要既比對(duì)key,還要比對(duì)cv,這樣個(gè)參數(shù)都一致,才能替換成目標(biāo)值 */ final V replaceNode(Object key, V value, Object cv) { // 計(jì)算key經(jīng)過(guò)擾動(dòng)運(yùn)算后得到的hash int hash = spread(key.hashCode()); // 自旋 for (Node<K,V>[] tab = table;;) { // f表示桶位頭結(jié)點(diǎn) // n表示當(dāng)前table數(shù)組長(zhǎng)度 // i表示hash命中桶位下標(biāo) // fh表示桶位頭結(jié)點(diǎn)hash Node<K,V> f; int n, i, fh; java // ---------------------------------------------------------------------------- // CASE1: // 條件一:tab == null // true -> 表示當(dāng)前map.table尚未初始化.. // false -> 表示當(dāng)前map.table已經(jīng)初始化 // 條件二:(n = tab.length) == 0 // true -> 表示當(dāng)前map.table尚未初始化.. // false -> 已經(jīng)初始化 // 條件三:(f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null // true -> 表示命中桶位中為null,直接break if (tab == null || (n = tab.length) == 0 || (f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) // 如果目標(biāo)key所在的桶不存在,跳出循環(huán)返回null break; java // ---------------------------------------------------------------------------- // CASE2: // 前置條件CASE2 ~ CASE3:當(dāng)前桶位不是null // 條件成立:fwd結(jié)點(diǎn),說(shuō)明當(dāng)前table正在擴(kuò)容中,當(dāng)前是個(gè)寫操作,所以當(dāng)前線程需要協(xié)助table完成擴(kuò)容。 else if ((fh = f.hash) == MOVED) // 如果正在擴(kuò)容中,則協(xié)助擴(kuò)容 tab = helpTransfer(tab, f); java // ---------------------------------------------------------------------------- // CASE3: // 前置條件CASE2 ~ CASE3:當(dāng)前桶位不是null // 當(dāng)前桶位是一個(gè)有數(shù)據(jù)的桶位,桶中可能是 "鏈表"也可能是"紅黑樹"TreeBin else { // 保留替換之前的數(shù)據(jù)引用 V oldVal = null; // 校驗(yàn)標(biāo)記,在下面的CASEn中的if判斷使用:標(biāo)記是否處理過(guò) boolean validated = false; // 加鎖當(dāng)前桶位頭結(jié)點(diǎn),加鎖成功之后會(huì)進(jìn)入代碼塊。 synchronized (f) { // 判斷sync加鎖是否為當(dāng)前桶位頭節(jié)點(diǎn),防止其它線程,在當(dāng)前線程加鎖成功之前,修改過(guò)桶位 的頭結(jié)點(diǎn),導(dǎo)致鎖錯(cuò)對(duì)象! java // -------------------------------------------------------------------- // CASE4: tabAt(tab, i) == f 再次驗(yàn)證當(dāng)前桶第一個(gè)元素是否被修改過(guò) // 條件成立:說(shuō)明當(dāng)前桶位頭結(jié)點(diǎn)仍然為f,其它線程沒(méi)修改過(guò)! if (tabAt(tab, i) == f) { // -------------------------------------------------------------------- // CASE5: fh >= 0 // 條件成立:說(shuō)明桶位為鏈表或者單個(gè)node if (fh >= 0) { // 校驗(yàn)標(biāo)記置為true validated = true; java // e 表示當(dāng)前循環(huán)處理結(jié)點(diǎn) // pred 表示當(dāng)前循環(huán)節(jié)點(diǎn)的上一個(gè)節(jié)點(diǎn) Node<K,V> e = f, pred = null; // 遍歷鏈表尋找目標(biāo)節(jié)點(diǎn) for (;;) { // 表示當(dāng)前節(jié)點(diǎn)key K ek; java // ------------------------------------------------------------ // CASE6: // 條件一:e.hash == hash // true->說(shuō)明當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的hash與查找節(jié)點(diǎn)hash一致 // 條件二:((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))) // CASE6的if條件成立,說(shuō)明key 與查詢的key完全一致。 if (e.hash == hash && ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))) { // 找到了目標(biāo)節(jié)點(diǎn):當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的value, V ev = e.val; java // ----------------------------------------------------- // CASE7: 檢查目標(biāo)節(jié)點(diǎn)舊value是否等于cv // 條件一:cv == null // true -> 替換的值為null那么就是一個(gè)刪除操作 // 條件二:cv == ev || (ev != null && cv.equals(ev)) // true -> 那么是一個(gè)替換操作 if (cv == null || cv == ev || (ev != null && cv.equals(ev))) { // 刪除 或者 替換 // 將當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的值 賦值給 oldVal 后續(xù)返回會(huì)用到~ oldVal = ev; java // 目標(biāo)value不等于null // 如果條件成立:說(shuō)明當(dāng)前是一個(gè)替換操作 if (value != null) // 直接替換 e.val = value; // 條件成立:說(shuō)明當(dāng)前節(jié)點(diǎn)非頭結(jié)點(diǎn) else if (pred != null) // 如果前置節(jié)點(diǎn)不為空,刪除當(dāng)前節(jié)點(diǎn): // 讓當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的上一個(gè)節(jié)點(diǎn),指向當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。 pred.next = e.next; // 條件成里:說(shuō)明當(dāng)前節(jié)點(diǎn)即為頭結(jié)點(diǎn) else // 如果前置節(jié)點(diǎn)為空,說(shuō)明是桶中第一個(gè)元素,刪除之: // 只需要將桶位設(shè)置為頭結(jié)點(diǎn)的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。 setTabAt(tab, i, e.next); } break; } pred = e; // 遍歷到鏈表尾部還沒(méi)找到元素,跳出循環(huán) if ((e = e.next) == null) break; } } java // -------------------------------------------------------------------- // CASE8: f instanceof TreeBin // 條件成立:TreeBin節(jié)點(diǎn)。 else if (f instanceof TreeBin) { // 校驗(yàn)標(biāo)記置為true validated = true; java // 轉(zhuǎn)換為實(shí)際類型 TreeBin t TreeBin<K,V> t = (TreeBin<K,V>)f; // r 表示 紅黑樹根節(jié)點(diǎn) // p 表示 紅黑樹中查找到對(duì)應(yīng)key 一致的node TreeNode<K,V> r, p; java // 遍歷樹找到了目標(biāo)節(jié)點(diǎn): // 條件一:(r = t.root) != null 理論上是成立 // 條件二:TreeNode.findTreeNode 以當(dāng)前節(jié)點(diǎn)為入口,向下查找key(包括本身節(jié)點(diǎn)) // true->說(shuō)明查找到相應(yīng)key 對(duì)應(yīng)的node節(jié)點(diǎn),會(huì)賦值給p if ((r = t.root) != null && (p = r.findTreeNode(hash, key, null)) != null) { // 保存p.val 到pv V pv = p.val; java // 檢查目標(biāo)節(jié)點(diǎn)舊value是否等于cv: // 條件一:cv == null 成立:不必對(duì)比value,就做替換或者刪除操作 // 條件二:cv == pv ||(pv != null && cv.equals(pv)) 成立:說(shuō)明“對(duì)比值”與當(dāng)前p節(jié)點(diǎn)的值 一致 if (cv == null || cv == pv || (pv != null && cv.equals(pv))) { // 替換或者刪除操作 oldVal = pv; java // 如果value不為空則替換舊值 // 條件成立:替換操作 if (value != null) p.val = value; java // 如果value為空則刪除元素 // 刪除操作 else if (t.removeTreeNode(p)) // 如果刪除后樹的元素個(gè)數(shù)較少則退化成鏈表 // t.removeTreeNode(p)這個(gè)方法返回true表示刪除節(jié)點(diǎn)后樹的元素個(gè)數(shù)較少 setTabAt(tab, i, untreeify(t.first)); } } } } } // ---------------------------------------------------------------------------- // CASEn: 如果處理過(guò),不管有沒(méi)有找到元素都返回 // 當(dāng)其他線程修改過(guò)桶位頭結(jié)點(diǎn)時(shí),當(dāng)前線程 sync 頭結(jié)點(diǎn) 鎖錯(cuò)對(duì)象時(shí),validated 為false,會(huì)進(jìn)入下次for自旋: if (validated) { // 如果找到了元素,返回其舊值 if (oldVal != null) { // 替換的值 為null,說(shuō)明當(dāng)前是一次刪除操作,oldVal !=null 成立,說(shuō)明刪除成功,更新當(dāng)前元素個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)器。 // 如果要替換的值為空,元素個(gè)數(shù)減1 if (value == null) addCount(-1L, -1); return oldVal; } break; } } } java // 沒(méi)找到元素返回空 return null; }
小節(jié):
(1)計(jì)算hash;
(2)如果所在的桶不存在,表示沒(méi)有找到目標(biāo)元素,返回;
(3)如果正在擴(kuò)容,則協(xié)助擴(kuò)容完成后再進(jìn)行刪除操作;
(4)如果是以鏈表形式存儲(chǔ)的,則遍歷整個(gè)鏈表查找元素,找到之后再刪除;
(5)如果是以樹形式存儲(chǔ)的,則遍歷樹查找元素,找到之后再刪除;
(6)如果是以樹形式存儲(chǔ)的,刪除元素之后樹較小,則退化成鏈表;
(7)如果確實(shí)刪除了元素,則整個(gè)map元素個(gè)數(shù)減1,并返回舊值;
(8)如果沒(méi)有刪除元素,則返回null;
本篇文章結(jié)束,ConcurrentHashMap的大部分知識(shí)點(diǎn)分析完畢,下面一篇文章最后再分析一下TreeBin就收尾了!
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