【ConcurrentHashMap】浅析ConcurrentHashMap的构造方法及put方法（JDK1.7）

目录

• 引言
• 代码讲解
  • 构造方法
  • put方法
    • ensureSegment
    • Segment.put

引言

ConcurrentHashMap的数据结构如下。

和HashMap的最大区别在于多了一层Segment数组，Segment数组下再挂table。这也是ConcurrentHashMap既能保证并发安全，又能保证一定并非性能的关键。

一个k-v键值对想要放进ConcurrentHashMap的话，先计算出它在segment数组中的下标，然后再去计算它在table中的下标。在放进table的这段进行加锁，保证并非安全。所以如果两个线程同时想放k-v键值对进ConcurrentHashMap的话，它们所属的segment数组的下标不同，那么它们就可以并行操作。

除了对segment的操作、加锁操作（非阻塞锁）以外，对table的操作和HashMap中的逻辑差不多。

代码讲解

构造方法

public ConcurrentHashMap(int initialCapacity,
                         float loadFactor, int concurrencyLevel) {
    if (!(loadFactor > 0) || initialCapacity < 0 || concurrencyLevel <= 0)
        throw new IllegalArgumentException();

    // ---- 1.计算segment的size --------------------------------------------

    // 并发性最大为2的16次方
    if (concurrencyLevel > MAX_SEGMENTS)
        concurrencyLevel = MAX_SEGMENTS;
    // 找到大于concurrencyLevel的最小2次幂，ssize即为segment的size
    // segment的size在构造时就确定下来，后面不会扩容
    // sshift记录的是，当前sssize是2的多少次幂
    int sshift = 0;
    int ssize = 1;
    while (ssize < concurrencyLevel) {
        ++sshift;
        ssize <<= 1;
    }

    // ---- 2.计算segment相关的一些属性 --------------------------------------------

    this.segmentShift = 32 - sshift;
    // 计算segments下标的一个掩码
    this.segmentMask = ssize - 1;

    // ---- 3.计算table的初始size --------------------------------------------

    // 初始的所有entry的capacity最大为2的30次方
    if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
        initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
    // 第一次计算table的size：将capacity平均分到每个segment中
    int c = initialCapacity / ssize;
    // 第二次计算table的size：如果平均分了后，capacity小于用户传入的，期望的capacity，则将每个table的size+1
    if (c * ssize < initialCapacity)
        ++c;
    // 第三次计算table的size：找到大于c的最小2次幂，最终成为table的size
    int cap = MIN_SEGMENT_TABLE_CAPACITY;
    while (cap < c)
        cap <<= 1;

    // ---- 4.创建segment数组 --------------------------------------------

    // 创建出segment的第0号元素，里面创建出了segment的数组。（所以第0号元素里包含有segment创建table数组的各种信息）
    Segment<K,V> s0 =
        new Segment<K,V>(loadFactor, (int)(cap * loadFactor),
                         (HashEntry<K,V>[])new HashEntry[cap]);
    // 创建出segment的数组
    Segment<K,V>[] ss = (Segment<K,V>[])new Segment[ssize];
    // 将s0放到ss[0]上
    // 所以最终创建的segment数组，除了第一个位置上有元素外，其它都为null
    UNSAFE.putOrderedObject(ss, SBASE, s0); // ordered write of segments[0]
    this.segments = ss;
}

put方法

public V put(K key, V value) {
    Segment<K,V> s;
    // concurrent hash map 的value不能为null
    if (value == null)
        throw new NullPointerException();

    // 计算hash值
    int hash = hash(key);

    // 计算在segment中的index
    int j = (hash >>> segmentShift) & segmentMask;

    // 如果segment[j]上没有segment对象的话，则先创建出一个
    if ((s = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObject          // nonvolatile; recheck
         (segments, (j << SSHIFT) + SBASE)) == null) //  in ensureSegment
        s = ensureSegment(j);

    // ------- 到此处时，segment[j]上肯定有个segment对象了 -------------------------

    // 将k:v放进map
    return s.put(key, hash, value, false);
}

ensureSegment

private Segment<K,V> ensureSegment(int k) {
    final Segment<K,V>[] ss = this.segments;
    // 找到地址
    long u = (k << SSHIFT) + SBASE; // raw offset
    Segment<K,V> seg;

    // 第一次尝试获取segment
    if ((seg = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObjectVolatile(ss, u)) == null) {
        // 未获取到segment

        // 创建table所需的基础数据
        Segment<K,V> proto = ss[0]; // use segment 0 as prototype
        int cap = proto.table.length;
        float lf = proto.loadFactor;
        int threshold = (int)(cap * lf);

        // 创建出table
        HashEntry<K,V>[] tab = (HashEntry<K,V>[])new HashEntry[cap];

        // 第二次尝试获取segment
        if ((seg = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObjectVolatile(ss, u))
            == null) { // recheck
            // 未获取到segment

            // 以segment[0]为原型，创建出segment对象
            Segment<K,V> s = new Segment<K,V>(lf, threshold, tab);

            // 第三至n次尝试获取segment
            while ((seg = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObjectVolatile(ss, u))
                   == null) {
                // 如果segment[k]上没有元素，则赋值（原子操作）
                if (UNSAFE.compareAndSwapObject(ss, u, null, seg = s))
                    break;
            }
        }
    }
    // 返回segment对象
    return seg;
}

Segment.put

final V put(K key, int hash, V value, boolean onlyIfAbsent) {
    // 尝试获取锁（非阻塞锁、自旋锁）
    HashEntry<K,V> node = tryLock() ? null :
        scanAndLockForPut(key, hash, value);

    // ------- 到此处说明已经拿到了锁，node有可能有值，也可能没有 ------------------------------------------

    V oldValue;
    try {
        HashEntry<K,V>[] tab = table;

        // 找到在table中的位置，并拿到链表的头节点
        int index = (tab.length - 1) & hash;
        HashEntry<K,V> first = entryAt(tab, index);
        for (HashEntry<K,V> e = first;;) {
            // 遍历所在的节点不为null（说明table下有链表）
            if (e != null) {
                K k;
                // 找到了相同的key
                if ((k = e.key) == key ||
                    (e.hash == hash && key.equals(k))) {
                    oldValue = e.value;
                    // onlyIfAbsent -> 这个key不存在，才会去做修改。（key如果原来已经有值，则不动它）
                    // put方法中onlyIfAbsent为false，所以会进入这个方法，替换value的值
                    if (!onlyIfAbsent) {
                        e.value = value;
                        ++modCount;
                    }
                    break;
                }
                e = e.next;
            }
            // 遍历所在的节点为null（table下没有链表，或链表遍历到了最后一个节点）
            // 说明链表中没有key相同的节点，则生成新节点并放进去
            else {
                if (node != null)
                    // 如果node不为null，则只把first设置为node的next即可
                    node.setNext(first);
                else
                    // 如果node为null，则创建node对象，并把first设置为node的next
                    node = new HashEntry<K,V>(hash, key, value, first);

                // 头插法放入node
                int c = count + 1;
                if (c > threshold && tab.length < MAXIMUM_CAPACITY)
                    // Doubles size of table and repacks entries, also adding the given node to new table
                    // 将table扩容为两倍，挪entry，并把node插入到链表中
                    rehash(node);
                else
                    setEntryAt(tab, index, node);

                ++modCount;
                count = c;
                oldValue = null;
                break;
            }
        }
    } finally {
        // 解锁
        unlock();
    }
    return oldValue;
}