ConcurrentHashMap?存儲結(jié)構(gòu)源碼解析

更新時間：2022年10月19日 17:26:52 作者：遠離我

這篇文章主要為大家介紹了ConcurrentHashMap?存儲結(jié)構(gòu)源碼解析，有需要的朋友可以借鑒參考下，希望能夠有所幫助，祝大家多多進步，早日升職加薪

引言

思考：HashTable是線程安全的，為什么不推薦使用？

HashTable是一個線程安全的類，它使用synchronized來鎖住整張Hash表來實現(xiàn)線程安全，即每次鎖住整張表讓線程獨占，相當(dāng)于所有線程進行讀寫時都去競爭一把鎖，導(dǎo)致效率非常低下。

1 ConcurrentHashMap 1.7

在JDK1.7中ConcurrentHashMap采用了數(shù)組+分段鎖的方式實現(xiàn)。

Segment(分段鎖)-減少鎖的粒度

ConcurrentHashMap中的分段鎖稱為Segment，它即類似于HashMap的結(jié)構(gòu)，即內(nèi)部擁有一個Entry數(shù)組，數(shù)組中的每個元素又是一個鏈表,同時又是一個ReentrantLock（Segment繼承了ReentrantLock）。

1.存儲結(jié)構(gòu)

Java 7 版本 ConcurrentHashMap 的存儲結(jié)構(gòu)如圖：

ConcurrnetHashMap 由很多個 Segment 組合，而每一個 Segment 是一個類似于 HashMap 的結(jié)構(gòu)，所以每一個 HashMap 的內(nèi)部可以進行擴容。但是 Segment 的個數(shù)一旦初始化就不能改變，默認(rèn) Segment 的個數(shù)是 16 個，所以可以認(rèn)為 ConcurrentHashMap 默認(rèn)支持最多 16 個線程并發(fā)。

2. 初始化

通過 ConcurrentHashMap 的無參構(gòu)造探尋 ConcurrentHashMap 的初始化流程。

    /**
     * Creates a new, empty map with a default initial capacity (16),
     * load factor (0.75) and concurrencyLevel (16).
     */
    public ConcurrentHashMap() {
        this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR, DEFAULT_CONCURRENCY_LEVEL);
    }

無參構(gòu)造中調(diào)用了有參構(gòu)造，傳入了三個參數(shù)的默認(rèn)值，他們的值是。

    /**
     * 默認(rèn)初始化容量,這個容量指的是Segment 的大小
     */
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
/**
 * 默認(rèn)負載因子
 */
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
/**
 * 默認(rèn)并發(fā)級別，并發(fā)級別指的是Segment桶的個數(shù)，默認(rèn)是16個并發(fā)大小
 */
static final int DEFAULT_CONCURRENCY_LEVEL = 16;
Segment下面entryset數(shù)組的大小是用DEFAULT_INITIAL_CAPACITY/DEFAULT_CONCURRENCY_LEVEL求出來的。

Segment下面entryset數(shù)組的大小是用DEFAULT_INITIAL_CAPACITY/DEFAULT_CONCURRENCY_LEVEL求出來的。

接著看下這個有參構(gòu)造函數(shù)的內(nèi)部實現(xiàn)邏輯。

@SuppressWarnings("unchecked")
public ConcurrentHashMap(int initialCapacity,float loadFactor, int concurrencyLevel) {
    // 參數(shù)校驗
    if (!(loadFactor > 0) || initialCapacity < 0 || concurrencyLevel <= 0)
        throw new IllegalArgumentException();
    // 校驗并發(fā)級別大小，大于 1<<16，重置為 65536
    if (concurrencyLevel > MAX_SEGMENTS)
        concurrencyLevel = MAX_SEGMENTS;
    // Find power-of-two sizes best matching arguments
    // 2的多少次方
    int sshift = 0;//控制segment數(shù)組的大小
    int ssize = 1;
    // 這個循環(huán)可以找到 concurrencyLevel 之上最近的 2的次方值
    while (ssize < concurrencyLevel) {
        ++sshift;//代表ssize左移的次數(shù)
        ssize <<= 1;
    }
    // 記錄段偏移量
    this.segmentShift = 32 - sshift;
    // 記錄段掩碼
    this.segmentMask = ssize - 1;
    // 設(shè)置容量   判斷初始容量是否超過允許的最大容量
    if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
        initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
    // c = 容量 / ssize ，默認(rèn) 16 / 16 = 1，這里是計算每個 Segment 中的類似于 HashMap 的容量
   //求entrySet數(shù)組的大小，這個地方需要保證entrySet數(shù)組的大小至少可以存儲下initialCapacity的容量，假設(shè)initialCapacity為33，ssize為16，那么c=2,所以if語句是true，那么c=3,MIN_SEGMENT_TABLE_CAPACITY初始值是2，所以if語句成立，那么cap=4，所以每一個segment的容量初始為4，segment為16，16*4>33成立，entrySet數(shù)組的大小也需要是2的冪次方
    int c = initialCapacity / ssize;
    if (c * ssize < initialCapacity)
        ++c;
    int cap = MIN_SEGMENT_TABLE_CAPACITY;
    //Segment 中的類似于 HashMap 的容量至少是2或者2的倍數(shù)
    while (cap < c)
        cap <<= 1;
    // create segments and segments[0]
    // 創(chuàng)建 Segment 數(shù)組，設(shè)置 segments[0]
    Segment<K,V> s0 = new Segment<K,V>(loadFactor, (int)(cap * loadFactor),
                         (HashEntry<K,V>[])new HashEntry[cap]);
    Segment<K,V>[] ss = (Segment<K,V>[])new Segment[ssize];
    UNSAFE.putOrderedObject(ss, SBASE, s0); // ordered write of segments[0]
    this.segments = ss;
}

總結(jié)一下在 Java 7 中 ConcurrnetHashMap 的初始化邏輯。

必要參數(shù)校驗。
校驗并發(fā)級別 concurrencyLevel 大小，如果大于最大值，重置為最大值。無參構(gòu)造默認(rèn)值是 16.
尋找并發(fā)級別 concurrencyLevel 之上最近的 2 的冪次方值，作為初始化容量大小，默認(rèn)是 16。
記錄 segmentShift 偏移量，這個值為【容量 = 2 的N次方】中的 N，在后面 Put 時計算位置時會用到。默認(rèn)是 32 - sshift = 28.
記錄 segmentMask，默認(rèn)是 ssize - 1 = 16 -1 = 15.
初始化 segments[0]，默認(rèn)大小為 2，負載因子 0.75，擴容閥值是 2*0.75=1.5，插入第二個值時才會進行擴容。

計算segment數(shù)組容量的大小。

計算entrySet數(shù)組的大小。

初始化segment數(shù)組，其中生成一個s0對象放在數(shù)組的第0個位置

為什么首先需要一個s0存儲到數(shù)組的第一個位置？

因為初始化數(shù)組完成后數(shù)組元素都還是null值，以后每一次添加一個元素的話，需要封裝為entrySet對象，還需要對entrySet數(shù)組的大小重新計算，如果把第一次的計算結(jié)果全部存儲到S0中，那么以后的話只需要直接拿來使用即可，不需要重新計算。雖然Segment對象不同，但是對象中屬性內(nèi)容其實是一樣的。

Segment數(shù)組的長度第一次已經(jīng)確定，以后不會在改變，擴容是局部擴容，只對setrySet數(shù)組的容量進行擴容。

3. put

接著上面的初始化參數(shù)繼續(xù)查看 put 方法源碼。

/**
 * Maps the specified key to the specified value in this table.
 * Neither the key nor the value can be null.
 *
 * <p> The value can be retrieved by calling the <tt>get</tt> method
 * with a key that is equal to the original key.
 *
 * @param key key with which the specified value is to be associated
 * @param value value to be associated with the specified key
 * @return the previous value associated with <tt>key</tt>, or
 *         <tt>null</tt> if there was no mapping for <tt>key</tt>
 * @throws NullPointerException if the specified key or value is null
 */
public V put(K key, V value) {
    Segment<K,V> s;
    if (value == null)
        throw new NullPointerException();
    int hash = hash(key);
    // hash 值無符號右移 28位（初始化時獲得），然后與 segmentMask=15 做與運算
    // 其實也就是把高4位與segmentMask（1111）做與運算
// this.segmentMask = ssize - 1;
//對hash值進行右移segmentShift位，計算元素對應(yīng)segment中數(shù)組下表的位置
//把hash右移segmentShift，相當(dāng)于只要hash值的高32-segmentShift位，右移的目的是保留了hash值的高位。然后和segmentMask與操作計算元素在segment數(shù)組中的下表
int j = (hash >>> segmentShift) & segmentMask;
//使用unsafe對象獲取數(shù)組中第j個位置的值，后面加上的是偏移量
if ((s = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObject          // nonvolatile; recheck
(segments, (j << SSHIFT) + SBASE)) == null) //  in ensureSegment
// 如果查找到的 Segment 為空，初始化
s = ensureSegment(j);
//插入segment對象
return s.put(key, hash, value, false);
}
/**
Returns the segment for the given index, creating it and
recording in segment table (via CAS) if not already present.
@param k the index
@return the segment
*/
@SuppressWarnings("unchecked")
private Segment<K,V> ensureSegment(int k) {
final Segment<K,V>[] ss = this.segments;
long u = (k << SSHIFT) + SBASE; // raw offset
Segment<K,V> seg;
// 判斷 u 位置的 Segment 是否為null
if ((seg = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObjectVolatile(ss, u)) == null) {
Segment<K,V> proto = ss[0]; // use segment 0 as prototype
// 獲取0號 segment 里的 HashEntry<K,V> 初始化長度
int cap = proto.table.length;
// 獲取0號 segment 里的 hash 表里的擴容負載因子，所有的 segment 的 loadFactor 是相同的
float lf = proto.loadFactor;
// 計算擴容閥值
int threshold = (int)(cap * lf);
// 創(chuàng)建一個 cap 容量的 HashEntry 數(shù)組
HashEntry<K,V>[] tab = (HashEntry<K,V>[])new HashEntry[cap];
if ((seg = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObjectVolatile(ss, u)) == null) { // recheck
// 再次檢查 u 位置的 Segment 是否為null，因為這時可能有其他線程進行了操作
Segment<K,V> s = new Segment<K,V>(lf, threshold, tab);
// 自旋檢查 u 位置的 Segment 是否為null
while ((seg = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObjectVolatile(ss, u))
== null) {
// 使用CAS 賦值，只會成功一次
if (UNSAFE.compareAndSwapObject(ss, u, null, seg = s))
break;
}
}
}
return seg;
}

/*Returns the segment for the given index, creating it and
recording in segment table (via CAS) if not already present.

@param k the index
@return the segment
*/
@SuppressWarnings("unchecked")
private Segment<K,V> ensureSegment(int k) {
final Segment<K,V>[] ss = this.segments;
long u = (k << SSHIFT) + SBASE; // raw offset
Segment<K,V> seg;
// 判斷 u 位置的 Segment 是否為null
if ((seg = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObjectVolatile(ss, u)) == null) {
Segment<K,V> proto = ss[0]; // use segment 0 as prototype
// 獲取0號 segment 里的 HashEntry<K,V> 初始化長度
int cap = proto.table.length;
// 獲取0號 segment 里的 hash 表里的擴容負載因子，所有的 segment 的 loadFactor 是相同的
float lf = proto.loadFactor;
// 計算擴容閥值
int threshold = (int)(cap * lf);
// 創(chuàng)建一個 cap 容量的 HashEntry 數(shù)組
HashEntry<K,V>[] tab = (HashEntry<K,V>[])new HashEntry[cap];
if ((seg = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObjectVolatile(ss, u)) == null) { // recheck
// 再次檢查 u 位置的 Segment 是否為null，因為這時可能有其他線程進行了操作
Segment<K,V> s = new Segment<K,V>(lf, threshold, tab);
// 自旋檢查 u 位置的 Segment 是否為null
while ((seg = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObjectVolatile(ss, u))
== null) {
// 使用CAS 賦值，只會成功一次
if (UNSAFE.compareAndSwapObject(ss, u, null, seg = s))
break;
}
}
}
return seg;
}

上面的源碼分析了 ConcurrentHashMap 在 put 一個數(shù)據(jù)時的處理流程，下面梳理下具體流程。

計算要 put 的 key 的位置，獲取指定位置的 Segment。

如果指定位置的 Segment 為空，則初始化這個 Segment.
初始化 Segment 流程：
檢查計算得到的位置的 Segment 是否為null.
為 null 繼續(xù)初始化，使用 Segment[0] 的容量和負載因子創(chuàng)建一個 HashEntry 數(shù)組。
再次檢查計算得到的指定位置的 Segment 是否為null.
使用創(chuàng)建的 HashEntry 數(shù)組初始化這個 Segment.
自旋判斷計算得到的指定位置的 Segment 是否為null，使用 CAS 在這個位置賦值為 Segment.

Segment.put 插入 key,value 值。

上面探究了獲取 Segment 段和初始化 Segment 段的操作。最后一行的 Segment 的 put 方法還沒有查看，繼續(xù)分析。

final V put(K key, int hash, V value, boolean onlyIfAbsent) {
    // 獲取 ReentrantLock 獨占鎖，獲取不到，scanAndLockForPut 獲取。
    HashEntry<K,V> node = tryLock() ? null : scanAndLockForPut(key, hash, value);
    V oldValue;
    try {
        HashEntry<K,V>[] tab = table;
        // 計算要put的數(shù)據(jù)位置
        int index = (tab.length - 1) & hash;
        // CAS 獲取 index 坐標(biāo)的值
        HashEntry<K,V> first = entryAt(tab, index);
        for (HashEntry<K,V> e = first;;) {
            if (e != null) {
                // 檢查是否 key 已經(jīng)存在，如果存在，則遍歷鏈表尋找位置，找到后替換 value
                K k;
                if ((k = e.key) == key ||
                    (e.hash == hash && key.equals(k))) {
                    oldValue = e.value;
                    if (!onlyIfAbsent) {
                        e.value = value;
                        ++modCount;
                    }
                    break;
                }
                e = e.next;
            }
            else {
                // first 有值沒說明 index 位置已經(jīng)有值了，有沖突，鏈表頭插法。
                if (node != null)
                    node.setNext(first);
                else
                    node = new HashEntry<K,V>(hash, key, value, first);
                int c = count + 1;
                // 容量大于擴容閥值，小于最大容量，進行擴容
                if (c > threshold && tab.length < MAXIMUM_CAPACITY)
                    rehash(node);
                else
                    // index 位置賦值 node，node 可能是一個元素，也可能是一個鏈表的表頭
                    setEntryAt(tab, index, node);
                ++modCount;
                count = c;
                oldValue = null;
                break;
            }
        }
    } finally {
        unlock();
    }
    return oldValue;
}

由于 Segment 繼承了 ReentrantLock，所以 Segment 內(nèi)部可以很方便的獲取鎖，put 流程就用到了這個功能。

tryLock() 獲取鎖，獲取不到使用 scanAndLockForPut 方法繼續(xù)獲取。
計算 put 的數(shù)據(jù)要放入的 index 位置，然后獲取這個位置上的 HashEntry 。
遍歷 put 新元素，為什么要遍歷？因為這里獲取的 HashEntry 可能是一個空元素，也可能是鏈表已存在，所以要區(qū)別對待。

如果這個位置上的 HashEntry 不存在：

如果當(dāng)前容量大于擴容閥值，小于最大容量，進行擴容。

直接頭插法插入。

如果這個位置上的 HashEntry 存在：

判斷鏈表當(dāng)前元素 Key 和 hash 值是否和要 put 的 key 和 hash 值一致。一致則替換值

不一致，獲取鏈表下一個節(jié)點，直到發(fā)現(xiàn)相同進行值替換，或者鏈表表里完畢沒有相同的。

如果當(dāng)前容量大于擴容閥值，小于最大容量，進行擴容。

直接鏈表頭插法插入。

如果要插入的位置之前已經(jīng)存在，替換后返回舊值，否則返回 null.

這里面的第一步中的 scanAndLockForPut 操作這里沒有介紹，這個方法做的操作就是不斷的自旋 tryLock() 獲取鎖。當(dāng)自旋次數(shù)大于指定次數(shù)時，使用 lock() 阻塞獲取鎖。在自旋時順表獲取下 hash 位置的 HashEntry。

private HashEntry<K,V> scanAndLockForPut(K key, int hash, V value) {
    HashEntry<K,V> first = entryForHash(this, hash);
    HashEntry<K,V> e = first;
    HashEntry<K,V> node = null;
    int retries = -1; // negative while locating node
    // 自旋獲取鎖
    while (!tryLock()) {
        HashEntry<K,V> f; // to recheck first below
        if (retries < 0) {
            if (e == null) {
                if (node == null) // speculatively create node
                    node = new HashEntry<K,V>(hash, key, value, null);
                retries = 0;
            }
            else if (key.equals(e.key))
                retries = 0;
            else
                e = e.next;
        }
        else if (++retries > MAX_SCAN_RETRIES) {
            // 自旋達到指定次數(shù)后，阻塞等到只到獲取到鎖
            lock();
            break;
        }
        else if ((retries & 1) == 0 &&
                 (f = entryForHash(this, hash)) != first) {
            e = first = f; // re-traverse if entry changed
            retries = -1;
        }
    }
    return node;
}

4. 擴容 rehash

ConcurrentHashMap 的擴容只會擴容到原來的兩倍。老數(shù)組里的數(shù)據(jù)移動到新的數(shù)組時，位置要么不變，要么變?yōu)?index+ oldSize，參數(shù)里的 node 會在擴容之后使用鏈表頭插法插入到指定位置。

private void rehash(HashEntry<K,V> node) {
    HashEntry<K,V>[] oldTable = table;
    // 老容量
    int oldCapacity = oldTable.length;
    // 新容量，擴大兩倍
    int newCapacity = oldCapacity << 1;
    // 新的擴容閥值 
    threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
    // 創(chuàng)建新的數(shù)組
    HashEntry<K,V>[] newTable = (HashEntry<K,V>[]) new HashEntry[newCapacity];
    // 新的掩碼，默認(rèn)2擴容后是4，-1是3，二進制就是11。
    int sizeMask = newCapacity - 1;
    for (int i = 0; i < oldCapacity ; i++) {
        // 遍歷老數(shù)組
        HashEntry<K,V> e = oldTable[i];
        if (e != null) {
            HashEntry<K,V> next = e.next;
            // 計算新的位置，新的位置只可能是不便或者是老的位置+老的容量。
            int idx = e.hash & sizeMask;
            if (next == null)   //  Single node on list
                // 如果當(dāng)前位置還不是鏈表，只是一個元素，直接賦值
                newTable[idx] = e;
            else { // Reuse consecutive sequence at same slot
                // 如果是鏈表了
                HashEntry<K,V> lastRun = e;
                int lastIdx = idx;
                // 新的位置只可能是不便或者是老的位置+老的容量。
                // 遍歷結(jié)束后，lastRun 后面的元素位置都是相同的
                for (HashEntry<K,V> last = next; last != null; last = last.next) {
                    int k = last.hash & sizeMask;
                    if (k != lastIdx) {
                        lastIdx = k;
                        lastRun = last;
                    }
                }
                // ，lastRun 后面的元素位置都是相同的，直接作為鏈表賦值到新位置。
                newTable[lastIdx] = lastRun;
                // Clone remaining nodes
                for (HashEntry<K,V> p = e; p != lastRun; p = p.next) {
                    // 遍歷剩余元素，頭插法到指定 k 位置。
                    V v = p.value;
                    int h = p.hash;
                    int k = h & sizeMask;
                    HashEntry<K,V> n = newTable[k];
                    newTable[k] = new HashEntry<K,V>(h, p.key, v, n);
                }
            }
        }
    }
    // 頭插法插入新的節(jié)點
    int nodeIndex = node.hash & sizeMask; // add the new node
    node.setNext(newTable[nodeIndex]);
    newTable[nodeIndex] = node;
    table = newTable;
}

有些同學(xué)可能會對最后的兩個 for 循環(huán)有疑惑，這里第一個 for 是為了尋找這樣一個節(jié)點，這個節(jié)點后面的所有 next 節(jié)點的新位置都是相同的。然后把這個作為一個鏈表賦值到新位置。第二個 for 循環(huán)是為了把剩余的元素通過頭插法插入到指定位置鏈表。這樣實現(xiàn)的原因可能是基于概率統(tǒng)計，有深入研究的同學(xué)可以發(fā)表下意見。

5. get

到這里就很簡單了，get 方法只需要兩步即可。

計算得到 key 的存放位置。
遍歷指定位置查找相同 key 的 value 值。

public V get(Object key) {
    Segment<K,V> s; // manually integrate access methods to reduce overhead
    HashEntry<K,V>[] tab;
    int h = hash(key);
    long u = (((h >>> segmentShift) & segmentMask) << SSHIFT) + SBASE;
    // 計算得到 key 的存放位置
    if ((s = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObjectVolatile(segments, u)) != null &&
        (tab = s.table) != null) {
        for (HashEntry<K,V> e = (HashEntry<K,V>) UNSAFE.getObjectVolatile
                 (tab, ((long)(((tab.length - 1) & h)) << TSHIFT) + TBASE);
             e != null; e = e.next) {
            // 如果是鏈表，遍歷查找到相同 key 的 value。
            K k;
            if ((k = e.key) == key || (e.hash == h && key.equals(k)))
                return e.value;
        }
    }
    return null;
}

2 ConcurrentHashMap 1.8

1. 存儲結(jié)構(gòu)

可以發(fā)現(xiàn) Java8 的 ConcurrentHashMap 相對于 Java7 來說變化比較大，不再是之前的 Segment 數(shù)組 + HashEntry 數(shù)組 + 鏈表，而是 Node 數(shù)組 + 鏈表 / 紅黑樹。當(dāng)沖突鏈表達到一定長度時，鏈表會轉(zhuǎn)換成紅黑樹。

補充：CAS

CAS（Compare-and-Swap/Exchange），即比較并替換，是一種實現(xiàn)并發(fā)常用到的技術(shù)。

CAS核心算法：執(zhí)行函數(shù)：CAS(V，E，N)

V表示準(zhǔn)備要被更新的變量（內(nèi)存的值）

E表示我們提供的期望的值（期望的原值）

N表示新值，準(zhǔn)備更新V的值（新值）

算法思路：V是共享變量，我們拿著自己準(zhǔn)備的這個E，去跟V去比較，如果E == V ，說明當(dāng)前沒有其它線程在操作，所以，我們把N 這個值寫入對象的 V 變量中。如果 E ！= V ，說明我們準(zhǔn)備的這個E，已經(jīng)過時了，所以我們要重新準(zhǔn)備一個最新的E ，去跟V 比較，比較成功后才能更新 V的值為N。

如果多個線程同時使用CAS操作一個變量的時候，只有一個線程能夠修改成功。其余的線程提供的期望值已經(jīng)與共享變量的值不一樣了，所以均會失敗。

由于CAS操作屬于樂觀派，它總是認(rèn)為自己能夠操作成功，所以操作失敗的線程將會再次發(fā)起操作，而不是被OS掛起。所以說，即使CAS操作沒有使用同步鎖，其它線程也能夠知道對共享變量的影響。

因為其它線程沒有被掛起，并且將會再次發(fā)起修改嘗試，所以無鎖操作即CAS操作天生免疫死鎖。

另外一點需要知道的是，CAS是系統(tǒng)原語，CAS操作是一條CPU的原子指令，所以不會有線程安全問題。

ABA問題：E和E2對比相同是不能保證百分百保證，其他線程沒有在自己線程執(zhí)行計算的過程里搶鎖成功過。有可能其他線程操作后新E值和舊E值一樣！

ABA問題解決：在E對象里加個操作次數(shù)變量就行，每次判斷時對比兩個，E和操作次數(shù)就OK了，因為ABA問題中就算E相同操作次數(shù)也絕不相同

2. 初始化 initTable

/**
 * Initializes table, using the size recorded in sizeCtl.
 */
private final Node<K,V>[] initTable() {
    Node<K,V>[] tab; int sc;
    while ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
        //如果 sizeCtl < 0 ,說明另外的線程執(zhí)行CAS 成功，正在進行初始化。
        if ((sc = sizeCtl) < 0)
            // 讓出 CPU 使用權(quán)
            Thread.yield(); // lost initialization race; just spin
        else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {
            try {
                if ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
                    int n = (sc > 0) ? sc : DEFAULT_CAPACITY;
                    @SuppressWarnings("unchecked")
                    Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n];
                    table = tab = nt;
                    sc = n - (n >>> 2);
                }
            } finally {
                sizeCtl = sc;
            }
            break;
        }
    }
    return tab;
}

從源碼中可以發(fā)現(xiàn) ConcurrentHashMap 的初始化是通過自旋和 CAS 操作完成的。里面需要注意的是變量 sizeCtl ，它的值決定著當(dāng)前的初始化狀態(tài)。

-1 說明正在初始化
-N 說明有N-1個線程正在進行擴容
表示 table 初始化大小，如果 table 沒有初始化
表示 table 容量，如果 table　已經(jīng)初始化。

3. put

直接過一遍 put 源碼。

public V put(K key, V value) {
    return putVal(key, value, false);
}
/** Implementation for put and putIfAbsent */
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
// key 和 value 不能為空
if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
int hash = spread(key.hashCode());
int binCount = 0;
for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
// f = 目標(biāo)位置元素
Node<K,V> f; int n, i, fh;// fh 后面存放目標(biāo)位置的元素 hash 值
if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
// 數(shù)組桶為空，初始化數(shù)組桶（自旋+CAS)
tab = initTable();
else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
// 桶內(nèi)為空，CAS 放入，不加鎖，成功了就直接 break 跳出
if (casTabAt(tab, i, null,new Node<K,V>(hash, key, value, null)))
break;  // no lock when adding to empty bin
}
else if ((fh = f.hash) == MOVED)
tab = helpTransfer(tab, f);
else {
V oldVal = null;
// 使用 synchronized 加鎖加入節(jié)點
synchronized (f) {
if (tabAt(tab, i) == f) {
// 說明是鏈表
if (fh >= 0) {
binCount = 1;
// 循環(huán)加入新的或者覆蓋節(jié)點
for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {
K ek;
if (e.hash == hash &&
((ek = e.key) == key ||
(ek != null && key.equals(ek)))) {
oldVal = e.val;
if (!onlyIfAbsent)
e.val = value;
break;
}
Node<K,V> pred = e;
if ((e = e.next) == null) {
pred.next = new Node<K,V>(hash, key,
value, null);
break;
}
}
}
else if (f instanceof TreeBin) {
// 紅黑樹
Node<K,V> p;
binCount = 2;
if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,
value)) != null) {
oldVal = p.val;
if (!onlyIfAbsent)
p.val = value;
}
}
}
}
if (binCount != 0) {
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
treeifyBin(tab, i);
if (oldVal != null)
return oldVal;
break;
}
}
}
addCount(1L, binCount);
return null;
}

/** Implementation for put and putIfAbsent */
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
// key 和 value 不能為空
if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
int hash = spread(key.hashCode());
int binCount = 0;
for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
// f = 目標(biāo)位置元素
Node<K,V> f; int n, i, fh;// fh 后面存放目標(biāo)位置的元素 hash 值
if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
// 數(shù)組桶為空，初始化數(shù)組桶（自旋+CAS)
tab = initTable();
else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
// 桶內(nèi)為空，CAS 放入，不加鎖，成功了就直接 break 跳出
if (casTabAt(tab, i, null,new Node<K,V>(hash, key, value, null)))
break;  // no lock when adding to empty bin
}
else if ((fh = f.hash) == MOVED)
tab = helpTransfer(tab, f);
else {
V oldVal = null;
// 使用 synchronized 加鎖加入節(jié)點
synchronized (f) {
if (tabAt(tab, i) == f) {
// 說明是鏈表
if (fh >= 0) {
binCount = 1;
// 循環(huán)加入新的或者覆蓋節(jié)點
for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {
K ek;
if (e.hash == hash &&
((ek = e.key) == key ||
(ek != null && key.equals(ek)))) {
oldVal = e.val;
if (!onlyIfAbsent)
e.val = value;
break;
}
Node<K,V> pred = e;
if ((e = e.next) == null) {
pred.next = new Node<K,V>(hash, key,
value, null);
break;
}
}
}
else if (f instanceof TreeBin) {
// 紅黑樹
Node<K,V> p;
binCount = 2;
if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,
value)) != null) {
oldVal = p.val;
if (!onlyIfAbsent)
p.val = value;
}
}
}
}
if (binCount != 0) {
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
treeifyBin(tab, i);
if (oldVal != null)
return oldVal;
break;
}
}
}
addCount(1L, binCount);
return null;
}

根據(jù) key 計算出 hashcode 。
判斷是否需要進行初始化。
即為當(dāng)前 key 定位出的 Node，如果為空表示當(dāng)前位置可以寫入數(shù)據(jù)，利用 CAS 嘗試寫入，失敗則自旋保證成功。
如果當(dāng)前位置的 hashcode == MOVED == -1,則需要進行擴容。
如果都不滿足，則利用 synchronized 鎖寫入數(shù)據(jù)。
如果數(shù)量大于 TREEIFY_THRESHOLD 則要轉(zhuǎn)換為紅黑樹。

4. get

get 流程比較簡單，直接過一遍源碼。

public V get(Object key) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> e, p; int n, eh; K ek;
    // key 所在的 hash 位置
    int h = spread(key.hashCode());
    if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
        (e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null) {
        // 如果指定位置元素存在，頭結(jié)點hash值相同
        if ((eh = e.hash) == h) {
            if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))
                // key hash 值相等，key值相同，直接返回元素 value
                return e.val;
        }
        else if (eh < 0)
            // 頭結(jié)點hash值小于0，說明正在擴容或者是紅黑樹，find查找
            return (p = e.find(h, key)) != null ? p.val : null;
        while ((e = e.next) != null) {
            // 是鏈表，遍歷查找
            if (e.hash == h &&
                ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))))
                return e.val;
        }
    }
    return null;
}

總結(jié)一下 get 過程：

根據(jù) hash 值計算位置。
查找到指定位置，如果頭節(jié)點就是要找的，直接返回它的 value.
如果頭節(jié)點 hash 值小于 0 ，說明正在擴容或者是紅黑樹，查找之。
如果是鏈表，遍歷查找之。

3 總結(jié)

Java7 中 ConcurrentHashMap 使用的分段鎖，也就是每一個 Segment 上同時只有一個線程可以操作，每一個 Segment 都是一個類似 HashMap 數(shù)組的結(jié)構(gòu)，它可以擴容，它的沖突會轉(zhuǎn)化為鏈表。但是 Segment 的個數(shù)一但初始化就不能改變。

Java8 中的 ConcurrentHashMap 使用的 Synchronized 鎖加 CAS 的機制。結(jié)構(gòu)也由 Java7 中的 Segment 數(shù)組 + HashEntry 數(shù)組 + 鏈表 進化成了 Node 數(shù)組 + 鏈表 / 紅黑樹，Node 是類似于一個 HashEntry 的結(jié)構(gòu)。它的沖突再達到一定大小時會轉(zhuǎn)化成紅黑樹，在沖突小于一定數(shù)量時又退回鏈表。

以上就是ConcurrentHashMap 存儲結(jié)構(gòu)源碼解析的詳細內(nèi)容，更多關(guān)于ConcurrentHashMap 存儲結(jié)構(gòu)的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

您可能感興趣的文章: