理解ConcurrentHashMap1.8源碼
ConcurrentHashMap源碼分析
其實ConcurrentHashMap我本身已經看過不少遍了，可是今天在面試阿里的時候本身在描述ConcurrentHashMap發現本身根本講不清楚什麼是ConcurrentHashMap，以及裏面是怎麼實現的，搞的我忽然發現本身什麼都不懂，因此我想要再次的來分析一下這個源碼，徹底理解ConcurrentHashMap，而不是覺得本身懂了，實際上本身不懂。html
首先咱們看一下put方法，put方法會調用到putVal方法上面。java
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
int hash = spread(key.hashCode());
//若是put進去的是個鏈表，這個參數表示鏈表的大小
int binCount = 0;
for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
Node<K,V> f; int n, i, fh;
if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
//初始化鏈表
tab = initTable();
//若是這個槽位沒有數據
else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
//使用CAS將這個新的node設置到hash桶裏面去
if (casTabAt(tab, i, null,
new Node<K,V>(hash, key, value, null)))
break; // no lock when adding to empty bin
}
//幫助遷移
else if ((fh = f.hash) == MOVED)
tab = helpTransfer(tab, f);
else {
//獲取鎖
V oldVal = null;
synchronized (f) {
//雙重檢查鎖
if (tabAt(tab, i) == f) {
//若是hash值大於等於0，那麼表明這個節點裏的數據是鏈表
if (fh >= 0) {
binCount = 1;
//每次遍歷完後binCount加1，表示鏈表長度
for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {
K ek;
//若是hash值和key值都相同，那麼覆蓋，break結束循環
if (e.hash == hash &&
((ek = e.key) == key ||
(ek != null && key.equals(ek)))) {
oldVal = e.val;
if (!onlyIfAbsent)
e.val = value;
break;
}
//下一個節點爲null，說明遍歷到尾節點了，那麼直接在尾節點設值一個新的值
Node<K,V> pred = e;
if ((e = e.next) == null) {
pred.next = new Node<K,V>(hash, key,
value, null);
break;
}
}
}
//若是是紅黑樹
else if (f instanceof TreeBin) {
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)
//若是鏈表個數大於8，那麼就調用這個方法
treeifyBin(tab, i);
if (oldVal != null)
return oldVal;
break;
}
}
}
addCount(1L, binCount);
return null;
}
解釋一下上面的源碼作了什麼：node
- 首先作一下判斷，不容許key和value中任意一個爲空，不然拋出異常
- 計算key的hash值，而後遍歷table數組
- 若是table數組爲null或爲空，那麼就調用initTable作初始化
- 爲了保證可見性，會使用tab去table數組裏獲取數據，若是沒有數據，那麼用casTabAt經過CAS將新Node設置到table數組裏。（注：這裏也體現了和hashmap不同的地方，hashmap直接經過數據拿就行了， 這個獲取數據和設值都要保證可見性和線程安全性）
- 若是當前槽位所對應的hash值是MOVED，說明當前的table正在擴容遷移節點，那麼就調用helpTransfer幫助遷移
- 走到這裏，說明這個槽位裏面的元素不止一個，有不少個，因此給頭節點加上鎖
- 若是當前的hash所對應的的槽位不是空的，而且hash值大於等於0，那麼就說明這個槽位裏面的對象是一個鏈表，那麼就遍歷鏈表
- 若是所遍歷的鏈表裏面有元素的hash值而且key和當前要插入的數據的是同樣的，那麼就覆蓋原來的值
- 若是遍歷到最後的節點都沒有元素和要插入的值key是同樣的，那麼就新建一個Node節點，插入到鏈表的最後
- 每遍歷一個節點就把binCount+1
- 若是當前的節點是TreeBin，那麼說明該槽位裏面的數據是紅黑樹，那麼調用相應方法插入數據
- 最後若是binCount已經大於或等於8了，那麼就調用treeifyBin
接下來咱們先看initTable 方法，再看treeifyBin和helpTransfer面試
private final Node<K,V>[] initTable() {
Node<K,V>[] tab; int sc;
while ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
//一開始的時候sizeCtl爲0
if ((sc = sizeCtl) < 0)
Thread.yield(); // lost initialization race; just spin
//將sizeCtl用CAS設置成-1
else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {
try {
if ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
//由於sc一開始爲0，因此n取DEFAULT_CAPACITY爲16
int n = (sc > 0) ? sc : DEFAULT_CAPACITY;
@SuppressWarnings("unchecked")
Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n];
//將table賦值爲大小爲16的Node數組
table = tab = nt;
//將sc的設置爲總容量的75%，若是 n 爲 16 的話，那麼這裏 sc = 12
sc = n - (n >>> 2);
}
} finally {
//最後將sizeCtl設置爲sc的值
sizeCtl = sc;
}
break;
}
}
return tab;
}
這個方法裏面初始化了一個很重要的變量sizeCtl，初始值爲總容量的75%，table初始化爲一個容量爲16的數組數組
下面咱們在看看treeifyBin方法安全
private final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int index) {
Node<K,V> b; int n, sc;
if (tab != null) {
//若是數據的長度小於64，那麼調用tryPresize進行擴容
if ((n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
tryPresize(n << 1);
//若是這個槽位裏面的元素是鏈表
else if ((b = tabAt(tab, index)) != null && b.hash >= 0) {
//給鏈表頭加上鎖
synchronized (b) {
if (tabAt(tab, index) == b) {
TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
//遍歷鏈表，而後初始化紅黑樹對象
for (Node<K,V> e = b; e != null; e = e.next) {
TreeNode<K,V> p =
new TreeNode<K,V>(e.hash, e.key, e.val,
null, null);
if ((p.prev = tl) == null)
hd = p;
else
tl.next = p;
tl = p;
}
//給tab槽位爲index的元素設置新的對象
setTabAt(tab, index, new TreeBin<K,V>(hd));
}
}
}
}
}
treeifyBin這個方法裏面並非只是將鏈表轉化爲紅黑樹，而是當tab的長度大於64的時候纔會將鏈表轉成紅黑樹，不然的話，會調用tryPresize方法。多線程
而後咱們進入到tryPresize方法裏面看看，tryPresize傳入的參數是當前tab數組長度的兩倍。ide
private final void tryPresize(int size) {
//本來傳進來的size已是兩倍了，這裏會再往上取最近的 2 的 n 次方
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;
// 這個 if 分支和以前說的初始化數組的代碼基本上是同樣的，在這裏，咱們能夠不用管這塊代碼
if (tab == null || (n = tab.length) == 0) {
n = (sc > c) ? sc : c;
if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {
try {
if (table == tab) {
@SuppressWarnings("unchecked")
Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n];
table = nt;
sc = n - (n >>> 2);
}
} finally {
sizeCtl = sc;
}
}
}
else if (c <= sc || n >= MAXIMUM_CAPACITY)
break;
else if (tab == table) {
int rs = resizeStamp(n);
//一開始進來的時候sc是大於0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;
if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1))
transfer(tab, nt);
}
//將SIZECTL設置爲一個很大的複數
else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc,
(rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2))
transfer(tab, null);
}
}
}
這個方法裏面，會對tab數據進行校驗，若是沒有初始化的話會從新進行初始化大小，若是是第一次進來的話會將SIZECTL設置成一個很大的複數，而後調用transfer方法，傳如當前的tab數據和null。源碼分析
接着咱們來看transfer方法，這個方法比較長，主要的擴容和轉移節點都在這個方法裏面實現，咱們將這個長方法分紅代碼塊，一步步分析：this
private final void transfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V>[] nextTab) {
//若是當前tab數組長度爲16
int n = tab.length, stride;
//那麼(n >>> 3) / NCPU = 0 小於MIN_TRANSFER_STRIDE
if ((stride = (NCPU > 1) ? (n >>> 3) / NCPU : n) < MIN_TRANSFER_STRIDE)
//將stride設置爲 16
stride = MIN_TRANSFER_STRIDE; // subdivide range
if (nextTab == null) { // initiating
try {
@SuppressWarnings("unchecked")
Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n << 1];
//若是n是16，那麼nextTab就是一個容量爲32的空數組
nextTab = nt;
} catch (Throwable ex) { // try to cope with OOME
sizeCtl = Integer.MAX_VALUE;
return;
}
nextTable = nextTab;
//將transferIndex賦值爲16
transferIndex = n;
}
...
}
這個代碼塊主要是作nextTable、transferIndex 、stride的賦值操做。
...
//初始化nextn爲32
int nextn = nextTab.length;
//新建一個ForwardingNode對象，裏面放入長度爲32的nextTab數組
ForwardingNode<K,V> fwd = new ForwardingNode<K,V>(nextTab);
boolean advance = true;
boolean finishing = false;
//初始化bound爲0
for (int i = 0, bound = 0;;) {
...
}
下面的代碼會所有包裹在這個for循環裏面，因此咱們來分析一下這個for循環裏面的代碼
for (int i = 0, bound = 0;;) {
Node<K,V> f; int fh;
while (advance) {
int nextIndex, nextBound;
if (--i >= bound || finishing)
advance = false;
//將nextIndex設置爲transferIndex，一開始16
else if ((nextIndex = transferIndex) <= 0) {
i = -1;
advance = false;
}
//一開始的時候nextIndex是和stride相同，那麼nextBound爲0，TRANSFERINDEX也爲0
else if (U.compareAndSwapInt
(this, TRANSFERINDEX, nextIndex,
nextBound = (nextIndex > stride ?
nextIndex - stride : 0))) {
//這裏bound也直接爲0
bound = nextBound;
//i = 15
i = nextIndex - 1;
advance = false;
}
}
...
}
這個方法是爲了設置transferIndex這個屬性，transferIndex一開始是原tab數組的長度，每次會向前移動stride大小的值，若是transferIndex減到了0或小於0，那麼就設置I等於-1，i在下面的代碼會說到。
for (int i = 0, bound = 0;;) {
...
//在上面一段代碼塊中，若是transferIndex已經小於等於0了，就會把i設置爲-1
if (i < 0 || i >= n || i + n >= nextn) {
int sc;
//表示遷移已經完成
if (finishing) {
//將nextTable置空，表示不須要遷移了
nextTable = null;
//將table設置爲新的數組
table = nextTab;
//sizeCtl設置爲n的 1.5倍
sizeCtl = (n << 1) - (n >>> 1);
return;
}
if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc = sizeCtl, sc - 1)) {
if ((sc - 2) != resizeStamp(n) << RESIZE_STAMP_SHIFT)
return;
// 到這裏，說明 (sc - 2) == resizeStamp(n) << RESIZE_STAMP_SHIFT，
// 也就是說，全部的遷移任務都作完了，也就會進入到上面的 if(finishing){} 分支了
finishing = advance = true;
i = n; // recheck before commit
}
}
...
}
這個方法是用來表示已經遷移完畢了，能夠退出。
for (int i = 0, bound = 0;;) {
...
//若是該槽位沒有元素，那麼直接把tab的i槽位設置爲fwd
else if ((f = tabAt(tab, i)) == null)
advance = casTabAt(tab, i, null, fwd);
//說明這個槽位已經有其餘線程遷移過了
else if ((fh = f.hash) == MOVED)
advance = true; // already processed
//走到這裏，說明tab的這個槽位裏面有數據，那麼咱們須要得到槽位的頭節點的監視器鎖
else {
synchronized (f) {
if (tabAt(tab, i) == f) {
...
}
}
}
...
}
在這個代碼塊中，i會從最後一個元素一個個往前移動，而後根據i這個index來判斷tab裏面槽位的狀況。
下面的代碼咱們來分析監視器鎖裏面的內容：
synchronized (f) {
if (tabAt(tab, i) == f) {
//fh是當前節點的hash值
if (fh >= 0) {
int runBit = fh & n;
//lastRun設置爲頭節點
Node<K,V> lastRun = f;
// 須要將鏈表一分爲二，
// 找到原鏈表中的 lastRun，而後 lastRun 及其以後的節點是一塊兒進行遷移的
// lastRun 以前的節點須要進行克隆，而後分到兩個鏈表中
for (Node<K,V> p = f.next; p != null; p = p.next) {
int b = p.hash & n;
if (b != runBit) {
runBit = b;
lastRun = p;
}
}
if (runBit == 0) {
ln = lastRun;
hn = null;
}
else {
hn = lastRun;
ln = null;
}
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);
}
//其中的一個鏈表放在新數組的位置 i
setTabAt(nextTab, i, ln);
//另外一個鏈表放在新數組的位置 i+n
setTabAt(nextTab, i + n, hn);
//將原數組該位置處設置爲 fwd，表明該位置已經處理完畢
//其餘線程一旦看到該位置的 hash 值爲 MOVED，就不會進行遷移了
setTabAt(tab, i, fwd);
//advance 設置爲 true，表明該位置已經遷移完畢
advance = true;
}
//下面紅黑樹的遷移和上面差很少
else if (f instanceof TreeBin) {
....
}
}
}
這個方法主要是將頭節點裏面的鏈表拆分紅兩個鏈表，而後設置到新的數組中去，再給老的數組設置爲fwd，表示這個節點已經遷移過了。
到這裏transfer方法已經分析完畢了。 這裏我再舉個例子，讓你們根據透徹的明白多線程之間是怎麼進行遷移工做的。
咱們假設stride仍是默認的16，第一次進來nextTab爲null，可是tab的長度爲32。 一開始的賦值： 1. n會設置成32，而且n只會賦值一次，表明被遷移的數組長度 2. nextTab會被設置成一個大小爲64的數組，並塞入到新的ForwardingNode對象中去。 3. transferIndex會被賦值爲32 進入循環： 初始化i爲0，bound爲0； 第一次循環： 1. 因爲advance初始化爲true，因此會進入到while循環中，循環出來後，transferIndex會被設置成16，bound被設置成16，i設置成31。這裏你可能會問 2. 將原來tab[i]的元素遷移到新的數組中去，並將tab[i]設置爲fwd，將advance設置成爲true 第二次循環： 1. --i，變爲30，--i >= bound成立，並將advance設置成false 2. 將原來tab[i]的元素遷移到新的數組中去，並將tab[i]設置爲fwd，將advance設置成爲true 。。。 第十六次循環： 1. --i，變爲15，將transferIndex設置爲0，bound也設置爲0，i設置爲15 2. 將原來tab[i]的元素遷移到新的數組中去，並將tab[i]設置爲fwd，將advance設置成爲true 第三十二次循環： 1. 這個時候--i等於-1，而且(nextIndex = transferIndex) <= 0成立，那麼會將i設置爲-1，advance設置爲false 2. 會把SIZECTL用CAS設置爲原來的值加1，而後設置finishing爲true 第三十三次循環： 1. 因爲finishing爲true，那麼nextTable設置爲null，table設置爲新的數組值，sizeCtl設置爲舊tab的長度的1.5倍
原文出處：https://www.cnblogs.com/luozhiyun/p/11406557.html
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