ConcurrentHashMap [jdk1.8]

1.內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2. 寫操作 put

    // 如果put更新了value媒至,則將返回舊的值;如果沒有更新(之前沒有該key斗忌,那么返回null)
    final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
        if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
        int hash = spread(key.hashCode());
        int binCount = 0;
        for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
            Node<K,V> f; int n, i, fh;
            if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
                tab = initTable();
            // i = hash % n
            else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
                // f是一個null pointer的話二拐,Node對象不存在,更談不上對象頭和鎖信息, 因此不能用synchronized, 而是嘗試cas修改提完。
                if (casTabAt(tab, i, null,
                             new Node<K,V>(hash, key, value, null)))
                    break;                   // no lock when adding to empty bin
            }
            // f.hash == MOVED意味著f是一個fwd節(jié)點,其對應bin內(nèi)的數(shù)據(jù)已經(jīng)被遷移到了nextTable中丘侠,當前線程應該去幫助遷移數(shù)據(jù)徒欣。
            else if ((fh = f.hash) == MOVED)
                tab = helpTransfer(tab, f);
            else {
                V oldVal = null;
                synchronized (f) {
                    if (tabAt(tab, i) == f) {
                        if (fh >= 0) {
                            binCount = 1;
                            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) {
                            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;
                }
            }
        }
        // 總計數(shù)+1,觸發(fā)擴容
        addCount(1L, binCount);
        return null;
    }
put流程

3. 讀操作 get

4.擴容

  • 4.1 addCount

將總節(jié)點計數(shù)+1蜗字,并觸發(fā)擴容

    /**
     * Adds to count, and if table is too small and not already
     * resizing, initiates transfer. If already resizing, helps
     * perform transfer if work is available.  Rechecks occupancy
     * after a transfer to see if another resize is already needed
     * because resizings are lagging additions.
     *
     * @param x the count to add
     * @param check if <0, don't check resize, if <= 1 only check if uncontended
     */
    private final void addCount(long x, int check) {
        CounterCell[] as; long b, s;
        if ((as = counterCells) != null ||
            !U.compareAndSwapLong(this, BASECOUNT, b = baseCount, s = b + x)) {
            CounterCell a; long v; int m;
            boolean uncontended = true;
            if (as == null || (m = as.length - 1) < 0 ||
                (a = as[ThreadLocalRandom.getProbe() & m]) == null ||
                !(uncontended =
                  U.compareAndSwapLong(a, CELLVALUE, v = a.value, v + x))) {
                fullAddCount(x, uncontended);
                return;
            }
            if (check <= 1)
                return;
            s = sumCount();
        }
        if (check >= 0) {
            Node<K,V>[] tab, nt; int n, sc;
            while (s >= (long)(sc = sizeCtl) && (tab = table) != null &&
                   (n = tab.length) < MAXIMUM_CAPACITY) {
                int rs = resizeStamp(n);
                if (sc < 0) {
                    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);
                }
                else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc,
                                             (rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2))
                    transfer(tab, null);
                s = sumCount();
            }
        }
    }
addCount流程
  • 4.2 transfer(tab, nextTab)

   /**
     * Moves and/or copies the nodes in each bin to new table. See
     * above for explanation.
     */
    private final void transfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V>[] nextTab) {
        int n = tab.length, stride;
        // stride: 步長打肝,表示當前線程可以處理數(shù)組中多少個bin的數(shù)據(jù)遷移工作脂新,最小取16
        if ((stride = (NCPU > 1) ? (n >>> 3) / NCPU : n) < MIN_TRANSFER_STRIDE)
            stride = MIN_TRANSFER_STRIDE; // subdivide range
        if (nextTab == null) {            // initiating
            try {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n << 1];
                nextTab = nt;
            } catch (Throwable ex) {      // try to cope with OOME
                sizeCtl = Integer.MAX_VALUE;
                return;
            }
            nextTable = nextTab;
            // transferIndex為volatile變量,它表示為當前Map transfer時粗梭,下一個線程應該從哪里開始向前遍歷
           // 每個線程在遷移時争便,都要獲取它在一次遷移過程中能遷移的數(shù)組位置上下限,然后將transferIndex修改,保證不同線程間不會相互干擾
            transferIndex = n;
        }
        int nextn = nextTab.length;
        // 當數(shù)組中某個bin的頭節(jié)點為fwd時断医,該bin內(nèi)的節(jié)點已經(jīng)遷移完成了
        ForwardingNode<K,V> fwd = new ForwardingNode<K,V>(nextTab);
        // advance:在遷移過程中滞乙,通過advance來標記當前bin是否遷移完成,遷移完成則將advance置為true鉴嗤,表示可以向前去處理i-1處的節(jié)點遷移了
        boolean advance = true;
        // finishing為true表示所有bin內(nèi)的節(jié)點都遷移完成了斩启,此時可以考慮該如何退出了。
        boolean finishing = false; // to ensure sweep before committing nextTab
        for (int i = 0, bound = 0;;) {
            Node<K,V> f; int fh;
            while (advance) {  // advance為true躬窜,需要去處理 i-1 處的節(jié)點遷移
                int nextIndex, nextBound;
                
                //若 i-1 仍在當前線程處理區(qū)間內(nèi)浇垦,那么將advance置位false,然后去做i-1處的遷移荣挨; 
                //若 finishing 被置為true男韧, 遷移完成了,需要更新this.table和sizeCtl
                if (--i >= bound || finishing) 
                    advance = false;
                // i-  1 < bound默垄, 說明當前線程該處理的【bound, maxi)區(qū)間都處理完了此虑,接下來就是看看它還能不能繼續(xù)找下一個區(qū)間然后去遷移該區(qū)間的數(shù)據(jù)
                // transferIndex已經(jīng)被更新到<=0了,說明其他線程已經(jīng)將剩余區(qū)間占完了口锭,當前線程該準備更新sizeCtl然后退出了
                else if ((nextIndex = transferIndex) <= 0) {
                    i = -1;
                    advance = false;
                }
                // 當前線程還可以占到區(qū)間
                // 更新成功的話朦前,說明當前線程又要準備另一個區(qū)間內(nèi)的擴容了,確定其上下限鹃操,更新i和advance韭寸,然后開始在該區(qū)間內(nèi)開始遷移
                else if (U.compareAndSwapInt
                         (this, TRANSFERINDEX, nextIndex,
                          nextBound = (nextIndex > stride ?
                                       nextIndex - stride : 0))) {
                    bound = nextBound;
                    i = nextIndex - 1;
                    advance = false;
                }
            }
            if (i < 0 || i >= n || i + n >= nextn) {
                int sc;
                if (finishing) {
                    nextTable = null;
                    table = nextTab;
                    sizeCtl = (n << 1) - (n >>> 1);
                    return;
                }
                if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc = sizeCtl, sc - 1)) {
                    if ((sc - 2) != resizeStamp(n) << RESIZE_STAMP_SHIFT)
                        return;
                    finishing = advance = true;
                    i = n; // recheck before commit
                }
            }
            // f == null ,沒辦法用synchronized來鎖荆隘,因此使用原子更新恩伺,更新失敗(false)則重試,成功則進行i-1處的遷移(true)
            else if ((f = tabAt(tab, i)) == null)
                advance = casTabAt(tab, i, null, fwd);
            else if ((fh = f.hash) == MOVED)
                advance = true; // already processed
            else {
                // 鎖住鏈表頭節(jié)點椰拒,防止其他線程向該bin putVal
                synchronized (f) {
                    if (tabAt(tab, i) == f) {
                        Node<K,V> ln, hn;
                        if (fh >= 0) {
                            int runBit = fh & n;
                            Node<K,V> lastRun = f;
                            // 針對鏈表晶渠,遍歷每個節(jié)點,根據(jù)節(jié)點hash將其拍不到兩個鏈表內(nèi)燃观,ln對應nextTable的位置i褒脯, hn對應nextTab的位置 i+ n
                            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);
                            }
                            setTabAt(nextTab, i, ln);
                            setTabAt(nextTab, i + n, hn);
                            setTabAt(tab, i, fwd);
                            advance = true;
                        }
                        // 針對紅黑樹,根據(jù)每個節(jié)點的hash拆成兩棵樹缆毁,根據(jù)非樹化閾值來將紅黑樹轉(zhuǎn)鏈表
                        else if (f instanceof TreeBin) {
                            TreeBin<K,V> t = (TreeBin<K,V>)f;
                            TreeNode<K,V> lo = null, loTail = null;
                            TreeNode<K,V> hi = null, hiTail = null;
                            int lc = 0, hc = 0;
                            for (Node<K,V> e = t.first; e != null; e = e.next) {
                                int h = e.hash;
                                TreeNode<K,V> p = new TreeNode<K,V>
                                    (h, e.key, e.val, null, null);
                                if ((h & n) == 0) {
                                    if ((p.prev = loTail) == null)
                                        lo = p;
                                    else
                                        loTail.next = p;
                                    loTail = p;
                                    ++lc;
                                }
                                else {
                                    if ((p.prev = hiTail) == null)
                                        hi = p;
                                    else
                                        hiTail.next = p;
                                    hiTail = p;
                                    ++hc;
                                }
                            }
                            ln = (lc <= UNTREEIFY_THRESHOLD) ? untreeify(lo) :
                                (hc != 0) ? new TreeBin<K,V>(lo) : t;
                            hn = (hc <= UNTREEIFY_THRESHOLD) ? untreeify(hi) :
                                (lc != 0) ? new TreeBin<K,V>(hi) : t;
                            setTabAt(nextTab, i, ln);
                            setTabAt(nextTab, i + n, hn);
                            setTabAt(tab, i, fwd);
                            advance = true;
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }
線程內(nèi)transfer流程
多線程參與擴容的情況

5.將bin轉(zhuǎn)為紅黑樹

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