jdk1.7.0_79

  HashMap可以说是每个Java程序员用的最多的数据结构之一了,无处不见它的身影。关于HashMap,通常也能说出它不是线程安全的。这篇文章要提到的是在多线程并发环境下的HashMap——ConcurrentHashMap,显然它必然是线程安全的,同样我们不可避免的要讨论散列表,以及它是如何实现线程安全的,它的效率又是怎样的,因为对于映射容器还有一个Hashtable也是线程安全的但它似乎只出现在笔试、面试题里,在现实编码中它已经基本被遗弃。

  关于HashMap的线程不安全,在多线程并发环境下它所带来的影响绝不仅仅是出现脏数据等数据不一致的情况,严重的是它有可能带来程序死循环,这可能有点不可思议,但确实在不久前的项目里同事有遇到了CPU100%满负荷运行,分析结果是在多线程环境下HashMap导致程序死循环。对于Hashtable,查看其源码可知,Hashtable保证线程安全的方式就是利用synchronized关键字,这样会导致效率低下,但对于ConcurrentHashMap则采用了不同的线程安全保证方式——分段锁。它不像Hashtable那样将整个table锁住而是将数组元素分段加锁,如果线程1访问的元素在分段segment1,而线程2访问的元素在分段segment2,则它们互不影响可以同时进行操作。如果合理的进行分段就是其关键问题。

  ConcurrentHashMap和HashMap的结果基本一致,同样也是Entry作为存放数据的对象,另外一个就是上面提到的分段锁——Segment。它继承自ReentrantLock(关于ReentrantLock,可参考《5.Lock接口及其实现ReentrantLock》),故它具有ReentrantLock一切特性——可重入,独占等。

  ConcurrentHashMap的结构图如下所示:

  可以看到相比较于HashMap,ConcurrentHashMap在Entry数组之上是Segment,这个就是我们上面提到的分段锁,合理的确定分段数就能更好的提高并发效率,我们来看ConcurrentHashMap是如何确定分段数的。

  ConcurrentHashMap的初始化时通过其构造函数public ConcurrentHashMap(int initialCapacity, float loadFactor, int concurrencyLevel)完成的,若在不指定各参数的情况下,初始容量initialCapacity=DAFAULT_INITIAL_CAPACITY=16,负载因子loadFactor=DEFAULT_LOAD_FACTOR=0.75f,并发等级concurrencyLevel=DEFAULT_CONCURRENCY_LEVEL=16,前两者和HashMap相同。至于负载因子表示一个散列表的空间的使用程度,initialCapacity(总容量) * loadFactor(负载因子) = 数据量,有此公式可知,若负载因子越大,则散列表的装填程度越高,也就是能容纳更多的元素,但这样元素就多,链表就大,此时索引效率就会降低。若负载因子越小,则相反,索引效率就会高,换来的代价就是浪费的空间越多。并发等级它表示估计最多有多少个线程来共同修改这个Map,稍后可以看到它和segment数组相关,segment数组的长度就是通过concurrencyLevel计算得出。

  1. //以默认参数为例initalCapacity=16,loadFactor=0.75,concurrencyLevel=16
  2. public ConcurrentHashMap(int initalCapacity, float loadFactor, int concurrencyLevel) {
  3.   if (!(loadFactor > 0) || initialCapacity < 0 || concurrencyLevel <= 0)
  4.     throw new IllegalArgumentException();
  5.   if (concurrencyLevel > MAX_SEGMENTS)
  6.     concurrencyLevel = MAX_SEGMENTS;
  7.   int sshift = 0;
  8.   int ssize = 1;//segment数组长度
  9.   while (ssize < concurrencyLevel) {
  10.     ++sshift;
  11.     ssize <= 1;
  12.   }//经过ssize左移4位后,ssize=16,ssift=4
  13. /*segmentShift用于参与散列运算的位数,segmentMask是散列运算的掩码,这里有关的散列函数运算和HashMap有类似之处*/
  14.   this.segmentShift = 32 ssift;//段偏移量segmentShift=28
  15.   this.segmentMask = ssize 1;//段掩码segmentMask=15(1111)
  16.   if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
  17.     initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
  18.   int c = initialCapacity / ssize;//c = 1
  19.   if (c * ssize < initialCapacity)
  20.     ++c;
  21.   int cap = MIN_SEGMENT_TABLE_CAPACITY;//MIN_SEGMENT_TABLE_CAPACITY=2
  22.   while (cap < c)//cap = 2, c = 1,false
  23.   cap <<= 1;//cap是segment里HashEntry数组的长度,最小为2
  24. /*创建segments数组和segment[0]*/
  25.   Segment<K,V> s0 = new Segment<K,V>(loadFactor, (int)(cap * loadFactor), (HashEntry<K,V>[]) new HashEntry[cap]);//参数意为:负载因子=1,数据容量=(int)(2 * 0.75)=1,总容量=2,故每个Segment的HashEntry总容量为2,实际数据容量为1
  26.   Segment<K,V> ss = (Segment<K,V>[])new Segment[ssize];//segments数组大小为16
  27.   UNSAFE.putOrderedObject(ss, SBASE, s0);
  28.   this.segments = ss;
  29. }

  以上就是整个初始化过程,主要是初始化segments的长度大小以及通过负载因子确定每个Segment的容量大小。确定好Segment过后,接下来的重点就是如何准确定位Segment。定位Segment的方法就是通过散列函数来定位,先通过hash方法对元素进行二次散列,这个算法较为复杂,其目的只有一个——减少散列冲突,使元素能均匀分布在不同的Segment上,提高容器的存取效率。

  我们通过最直观最常用的put方法来观察ConcurrentHashMap是如何通过key值计算hash值在定位到Segment的:

  1. //ConcurrentHashMap#put
  2. public V put(K key, V value) {
  3.   Segment<K,V> s;
  4.   if (value == null)
  5.     throw new NullPointerException();
  6.   int hash = hash(key);//根据散列函数,计算出key值的散列值
  7.   int j = (hash >>> segmentShift) & segmentMask;//这个操作就是定位Segment的数组下标,jdk1.7之前是segmentFor返回Segment,1.7之后直接就取消了这个方法,直接计算数组下标,然后通过偏移量底层操作获取Segment
  8.   if ((s = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObject // nonvolatile; recheck
  9.       (segments, (j << SSHIFT) + SBASE)) == null) // in ensureSegment
  10.     s = ensureSegment(j);//通过便宜量定位不到就调用ensureSegment方法定位Segment
  11.   return s.put(key, hash, value, false);
  12. }

  Segment.put方法就是将键、值构造为Entry节点加入到对应的Segment段里,如果段中已经有元素(即表示两个key键值的hash值重复)则将最新加入的放到链表的头),整个过程必然是加锁安全的。

  不妨继续深入Segment.put方法 :

  1. //Segment#put
  2. final V put(K key, int hash, V value, boolean onlyIfAbsent) {
  3.   HashEntry<K,V> node = tryLock() ? null : scanAndLockForPut(key, hash, value);//非阻塞获取锁,获取成功node=null,失败
  4.   V oldValue;
  5.   try {
  6.     HashEntry<K,V>[] tab = table;//Segment对应的HashEntry数组长度
  7.     int index = (tab.length - 1) & hash;
  8.     HashEntry<K,V> first = entryAt(tab, index);//获取HashEntry数组的第一个值
  9.     for (HashEntry<K,V> e = first;;) {
  10.       if (e != null) {//HashEntry数组已经存在值
  11.         K k;
  12.         if ((k = e.key) == key || (e.hash == hash && key.equals(k))) {//key值和hash值都相等,则直接替换旧值
  13.           oldValue = e.value;
  14.           if (!onlyIfAbsent) {
  15.             e.value = value;
  16.             ++modCount;
  17.           }
  18.           break;
  19.         }
  20.         e = e.next;//不是同一个值则继续遍历,直到找到相等的key值或者为null的HashEntry数组元素
  21.       }
  22.       else {//HashEntry数组中的某个位置元素为null
  23.         if (node != null)
  24.           node.setNext(first);//将新加入节点(key)的next引用指向HashEntry数组第一个元素
  25.         else//已经获取到了Segment锁
  26.           node = new HashEntry<K,V>(hash, key, value, first)
  27.         int c = count + 1;
  28.         if (c > threshold && tab.lenth < MAXIUM_CAPACITY)//插入前先判断是否扩容,ConcurrentHashMap扩容与HashMap不同,ConcurrentHashMap只扩Segment的容量,HashMap则是整个扩容
  29.           rehash(node);
  30.         else
  31.           setEntryAt(tab, index, node);//设置为头节点
  32.         ++modCount;//总容量
  33.         count = c;
  34.         oldValue = null;
  35.         break;
  36.       }
  37.      }
  38.   } finally {
  39.     unlock();
  40.   }
  41.   return oldValue;
  42. }

  上面大致就是ConcurrentHashMap加入一个元素的过程,需要明白的就是ConcurrentHashMap分段锁的概念。在JDK1.6中定位Segment较为简单,直接计算出Segment数组下标后就返回具体的Segment,而JDK1.7则通过偏移量来计算,算出为空时,还有一次检查获取Segment,猜测是1.7使用底层native是为了提高效率,JDK1.8的ConcurrentHashMap又有不同,暂未深入研究,它的数据结果似乎变成了红黑树。

  有关ConcurrentHashMap的get方法不再分析,过程总结为一句话:根据key值计算出hash值,根据hash值计算出对应的Segment,再在Segment下的HashEntry链表遍历查找。

8.并发容器ConcurrentHashMap#put方法解析的更多相关文章

  1. 并发容器ConcurrentHashMap#put方法解析

    jdk1.7.0_79 HashMap可以说是每个Java程序员用的最多的数据结构之一了,无处不见它的身影.关于HashMap,通常也能说出它不是线程安全的.这篇文章要提到的是在多线程并发环境下的Ha ...

  2. 计算机程序的思维逻辑 (74) - 并发容器 - ConcurrentHashMap

    本节介绍一个常用的并发容器 - ConcurrentHashMap,它是HashMap的并发版本,与HashMap相比,它有如下特点: 并发安全 直接支持一些原子复合操作 支持高并发.读操作完全并行. ...

  3. Java编程的逻辑 (74) - 并发容器 - ConcurrentHashMap

    ​本系列文章经补充和完善,已修订整理成书<Java编程的逻辑>,由机械工业出版社华章分社出版,于2018年1月上市热销,读者好评如潮!各大网店和书店有售,欢迎购买,京东自营链接:http: ...

  4. Java并发容器--ConcurrentHashMap

    引子 1.不安全:大家都知道HashMap不是线程安全的,在多线程环境下,对HashMap进行put操作会导致死循环.是因为多线程会导致Entry链表形成环形数据结构,这样Entry的next节点将永 ...

  5. JAVA 多线程随笔 (三) 多线程用到的并发容器 (ConcurrentHashMap,CopyOnWriteArrayList, CopyOnWriteArraySet)

    1.引言 在多线程的环境中,如果想要使用容器类,就需要注意所使用的容器类是否是线程安全的.在最早开始,人们一般都在使用同步容器(Vector,HashTable),其基本的原理,就是针对容器的每一个操 ...

  6. Java并发编程:并发容器ConcurrentHashMap

    Java并发编程:并发容器之ConcurrentHashMap(转载) 下面这部分内容转载自: http://www.haogongju.net/art/2350374 JDK5中添加了新的concu ...

  7. 多线程之并发容器ConcurrentHashMap

    这部分内容转载自: http://www.haogongju.net/art/2350374 JDK5中添加了新的concurrent包,相对同步容器而言,并发容器通过一些机制改进了并发性能.因为同步 ...

  8. 多线程之并发容器ConcurrentHashMap(JDK1.6)

    简介 ConcurrentHashMap 是 util.concurrent 包的重要成员.本文将结合 Java 内存模型,分析 JDK 源代码,探索 ConcurrentHashMap 高并发的具体 ...

  9. 并发容器-ConcurrentHashMap,CopyOnWriteArrayList

    ConcurrentHashMap HashMap是线程非安全的,在多线程环境下,采用的是Fail-Fast快速失败机制,即当A线程在访问容器的时候,如果此时B线程修改了HashMap的结构,那么就会 ...

随机推荐

  1. 1.1初识python

    1.目前大量的公司都在使用python,功能强大很是牛逼! 2.运维要懂开发,做个全栈的工程师贼牛逼 3.python是一个解释型语言,编译型和解释型的区别是: ①编译型语言由编译器(Compiler ...

  2. ScriptOJ-unique#89

    一般做法 const unique = (arr) => { const result = arr.reduce((acc, iter) => { if(acc.indexOf(iter) ...

  3. Log system architecture

    0. 技术选型参考 1. Collector Keywords: Collector, Processor 名称 Beats Fluentd-bit Introduction Beats are a ...

  4. 第十九节:Java基本数据类型,循环结构与分支循环

    基本数据类型 Java中的基本数据类型,有8种,在Java中有四种类型,8种基本数据类型. 字节 boolean 布尔型为1/8 byte 字节类型为1 short 短整型为2 char 字符型为2 ...

  5. php函数式编程

    // 函数式编程 $users = array( array('id' => 1, 'name' => 'abc1', 'age' => 29, '性别' => '男'), a ...

  6. iOS-微信支付商户支付下单id非法

    最近在APP中WKWebView中调用微信支付的时候,一直报商户支付下单id非法.看了n边微信文档,度娘了n次-----仍未解决.因为安卓的支付是没有问题的所以就跟安卓兄弟要了最终调用微信的字符串: ...

  7. python实现stack并测试

    栈(stack)又名堆栈,它是一种运算受限的线性表.其限制是仅允许在表的一端进行插入和删除运算. 这一端被称为栈顶,相对地,把另一端称为栈底.向一个栈插入新元素又称作进栈.入栈或压栈,它是把新 元素放 ...

  8. Java 中的伪共享详解及解决方案

    1. 什么是伪共享 CPU 缓存系统中是以缓存行(cache line)为单位存储的.目前主流的 CPU Cache 的 Cache Line 大小都是 64 Bytes.在多线程情况下,如果需要修改 ...

  9. 06-搭建master集群

    部署高可用 kubernetes master 集群 kubernetes master 节点包含的组件: kube-apiserver kube-scheduler kube-controller- ...

  10. python之PIL模块基础功能

    Image主要是打开图片后,对图片进行编辑,主要有以下一些常用功能: 1.读取并显示图片: from PIL import Image img = Image.open("H:\\salar ...