JDK1.8 ConcurrentHashMap源碼閱讀


1.  帶着問題去閱讀

為什么說ConcurrentHashMap是線程安全的?或者說 ConcurrentHashMap是如何防止並發的?

2.  字段和常量

首先,來看一下ConcurrentHashMap中的一些字段和常量,這些在接下來的操作中會用得到

2.1.  常量

從中,我們可以獲得以下信息:

  1. 數組的默認容量是16,最大容量是1<<30
  2. 當添加元素的時候,將列表轉成樹的閾值是8。也就是說,相同位置上多個元素是以鏈表的形式存儲的,而當鏈表的長度(元素的個數)超過8時,將其轉為樹
  3. 在對數組擴容的時候,當樹中元素個數小於或等於6時,將樹轉成鏈表

2.2.  字段

從這些字段中,我們可以獲得以下信息:

  1. 底層是一個數組,且數組的類型是Node,延遲初始化,更重要的是它被 volatile 修飾
  2. sizeCtl是用於數組初始化和擴容的,當它是負數的時候,表示數組正在進行初始化或擴容,-1表示正在初始化,同時應該注意到它也被 volatile 修飾

2.3.  內部類

對比1.7里面的HashMap不難發現:

  1. Node繼承自Map.Entry
  2. 其 value 和 next 都用 volatile 修飾

可以看到,TreeNode繼承自Node,主要用於樹形結構中。也就是說,TreeNode表示樹中的結點。

還有一個TreeBin也是繼承自Node

TreeBin表示整個樹,TreeNode表示樹中的結點

正常情況下,數組中某個位置的元素應該是Node,而Node是一個鏈表,它后面可能跟了多個Node。

但是,某個位置的節點個數超過閾值(默認8)時,將這個鏈表轉成紅黑樹,那么此后數組中這個位置的元素就是TreeBin

也就是說,Node表示鏈表中的節點,TreeNode表示樹中的節點,TreeBin表示樹

3.  操作

3.1.  put

這里,再多看一眼,剛才的putTreeVal()方法

總的來說,是先插入,后調整

大致流程是這樣的:

  1. 如果數組為空,則先初始化數組
  2. 根據key計算哈希值,進而計算應該在數組的什么位置
  3. 取出該位置上的元素,如果為空,則直接構造一個Node,並將元素放置於此
  4. 如果該位置上的元素不為空,則進一步判斷是鏈表還是樹(PS:Node還是TreeBin)
  5. 如果是Node,則遍歷鏈表,如果發現有key相同的元素,則用新值替換舊值,否則構造Node,並將其插入到鏈表尾部
  6. 如果是TreeBin,則遍歷樹,若發現相同key的節點,則用新值替換舊值,否則構造TreeNode,並將其插入到樹中
  7. 插入完成以后,最后再看一下要不要轉成樹型結構
  8. 如果舊值不為空,則返回舊值

3.2.  resize

在上一步的put操作中,如果數組正在擴容,則幫助擴容

下面看一下擴容

我以前在理解上一直有一個誤區,以前我一直以為在數組相同位置上的元素的哈希值都相同,今天我恍然大悟,原來不是這樣的,這些元素之所以會在同一個位置是因為通過key的哈希值再結合數組長度計算得出該元素應該在這個位置上,而不同的哈希值可能經過計算也在同一個位置,所以,相同位置的元素的hash值不一定相同,或者說,鏈表上的元素的hash並不一定都相同,只是恰巧它們在數組的位置相同而已。

擴容是這樣的:

  1. 新數組的長度是原來的2倍
  2. 根據不同位置的元素的結構有不同的方式
  3. 不管原來是鏈表結構還是樹型結構,擴容以后都變成兩部分,一部分是hash&n為0的,另一部分是hash&n不為0的,其中n為原數組的長度
  4. 對於那些hash&n==0的結點,它們在新數組中的位置保持不變,也就是說它們原先在舊數組中是什么位置,現在在新數組中還是什么位置
  5. 對於那些hash&n != 0的節點,它們在新數組中的位置相比於之前在舊數組中的位置是向后移動了n
  6. 每個位置在遷移的時候都加鎖了
  7. 擴容后,原來在舊數組中在相同位置的結點在新數組中未必還在相同的位置
  8. 擴容后,鏈表沒有倒置
  9. 由於遷移到新數組中時,會將原先一棵樹分成兩部分(跟鏈表一樣),所以分出來的樹中如果結點數小於或等於6,則轉成鏈表

下面是一個示意圖,不必拘泥細節,重在意思

3.3.  get和remove

刪除和獲取相對比較簡單,不再贅述

 

至此,可以回答開頭我們提出的問題了

sychronized + volatile + CAS

插入、刪除、擴容的時候都對數組中相應位置的元素加鎖了,加鎖用的是synchronized

table數組、Node中的val和next、以及一些控制字段都加了volatile

在更新一些關鍵變量的時候用到了sun.misc.Unsafe中的一些方法

 


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