concurrentHashMap實現原理

JDK6與JDK7中的實現：

理解concurrentHashMap首先最關鍵先理解一個概念：segment

segment是什麼呢？segment自己就至關於一個HashMap對象，同時又繼承了ReentrantLock；同HashMap同樣，segment包含一個HashEntry數組，數組的每個HashEntry既是一個鍵值對，也是一個鏈表的頭節點；HashEntry中的value和next都被volatile修飾，用於多線程保證可見性。

像這樣的segment對象，在concurrentHashMap中集合中有2的N次方個，共同保存在一個名爲segments的數組當中。

 

所以整個ConcurrentHashMap的結構以下：

concurrentHashMap是在一個總的哈希表下面，有若干個子哈希表。這樣的二級結構，數據庫的水平拆分有些類似。

這樣設計的優點在於：才用了鎖分段技術，每個segment就比如一個自治區，讀寫操做高度自治，segment之間互不影響。

不一樣segment的寫入能夠併發執行，同一個segment的讀寫能夠併發執行，同一個segment的併發寫會被阻塞。因而可知，concurrentHashMap當中每一個segment各自持有一把鎖。在保證線程安全的同時下降了鎖的粒度，讓併發操做效率更高。

ConcurrentHashMap的讀寫詳細過程：

Get方法：

1.爲輸入的key作hash運算，獲得hash值

2.經過hash值，定位到對應的segment對象

3.再次經過hash值，定位到segment當中數組的具體位置

Put方法：

1.爲輸入的key作Hash運算，獲得hash值

2.經過hash值，定位到對應的segment對象

3.獲取可重入鎖

4.再次經過hash值，定位到segment當中的數組的具體位置

5.插入活覆蓋hashEntity對象

6.釋放鎖

 

ConcurrentHashMap的size方法是一個嵌套循環，答題邏輯以下：

1.遍歷全部segment

2.把segment的元素數量累加起來

3.再一次把segment的元素數量累加起來

4.判斷這一次與上一次統計的是否一致，不一致，從新統計，嘗試次數+1；若是不是，說明沒有修改，統計結束

5.若是嘗試次數超過了閾值，則對每個segment加鎖，再從新統計

6.再次判斷全部segment的總修改次數是否大於上一次的總修改次數；因爲已經加鎖，次數必定和上次相等

7.釋放鎖，統計結束

 

ConcurrentHashMap在對Key求Hash值的時候，爲了實現Segment均勻分佈，進行了兩次Hash。

 

併發度的概念：

　　能夠理解爲：可以同時跟新ConcurrentHashMap且不產生鎖競爭的最大線程數，實際上就是ConcurrentHashMap的分段鎖個數，即Segment[]數組的長度。

rehash的概念：
　　　　相對於HashMap的resize，ConcurrentHashMap的rehash原理相似，可是作了必定的優化，避免讓全部的節點都進行復制操做：因爲擴容是基於2的冪指來操做，假設擴容前某HashEntry對應到Segment中數組的index爲i，數組的容量爲capacity，那麼擴容後該HashEntry對應到新數組中的index只可能爲i或者i+capacity，所以大多數HashEntry節點在擴容先後index能夠保持不變。基於此，rehash方法中會定位第一個後續全部節點在擴容後index都保持不變的節點，而後將這個節點以前的全部節點重排便可。

ConcurrentHashMap是弱一致性，get到的數據多是過期的。ConcurrentHashMap不容許key或者value爲null。

JDK8中的實現：

　　摒棄了Segment分段鎖的概念，啓用了CAS算法，底層依然由 「數組」 + 鏈表 + 紅黑樹的方式；爲了併發，添加了例如：TreeBin、Traverser等內部對象類。

　　sizeCtl屬性：負值表明正在進行初始化或者擴容，-1表明正在初始化 ，-N表明有N-1個線程正在擴容；正數或者0表明hash表尚未被初始化，這個值標識初始化或者下一次擴容的大小，始終未ConcurrentHashMap容量的0.75倍，與loadfactor對應。

　　不採用segment而採用node，鎖住node來實現減少鎖粒度。
　　設計了MOVED狀態 當resize的中過程當中 線程2還在put數據，線程2會幫助resize。
　　使用3個CAS操做來確保node的一些操做的原子性，這種方式代替了鎖。
　　sizeCtl的不一樣值來表明不一樣含義，起到了控制的做用。