源码分析(4)-ConcurrentHashMap(JDK1.8)
一、UML类图
ConcurrentHashMap键值不能为null;底层数据结构是数组+链表/红黑二叉树;采用CAS(比较并交换)和synchronized来保证并发安全。
CAS文章:https://blog.csdn.net/v123411739/article/details/79561458
JDK1.7ConcurrentHashMap源码:https://www.cnblogs.com/chengxiao/p/6842045.html
二、源码分析
重要的成员变量:
//数组,类似HashMap的table
transient volatile Node<K,V>[] table;
//扩容时使用,完成后置空
private transient volatile Node<K,V>[] nextTable;
//节点数,类似HashMap的size
private transient volatile long baseCount;
2.1、插入
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
int hash = spread(key.hashCode());//①计算(h ^ (h >>> 16)) & HASH_BITS;
int binCount = 0;
for (Node<K,V>[] tab = table;;) {//遍历数组元素;获取插入元素位置,插入元素
Node<K,V> f; int n, i, fh;
if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
tab = initTable();//②初始化数组
else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {//Java并发
if (casTabAt(tab, i, null, new Node<K,V>(hash, key, value, null)))//CAS机制,添加节点
break; // no lock when adding to empty bin
}
else if ((fh = f.hash) == MOVED)//元素不为空;检测到桶结点是ForwardingNode类型,协助扩容
tab = helpTransfer(tab, f);
else {//hash桶结点,锁定该桶头结点并在该链表尾部添加一个节点
V oldVal = null;
synchronized (f) {//同步锁
if (tabAt(tab, i) == f) {
if (fh >= 0) {//链表添加节点
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) {//红黑树节点
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;
}
}
}
}
//binCount==0:新节点成为hash桶头节点
//binCount!=0:链表或红黑树成功添加或修改一个节点
if (binCount != 0) {
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)//hash桶节点数量大于8,链表转化为红黑树
treeifyBin(tab, i);//转换红黑树
if (oldVal != null)
return oldVal;
break;
}
}
}
addCount(1L, binCount);//CAS机制更新baseCount并判断是否需要扩容
return null;
}
//初始化数组
private final Node<K,V>[] initTable() {
Node<K,V>[] tab; int sc;
while ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
if ((sc = sizeCtl) < 0)
Thread.yield(); // lost initialization race; just spin
else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {
try {
if ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
int n = (sc > 0) ? sc : DEFAULT_CAPACITY;
@SuppressWarnings("unchecked")
Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n];
table = tab = nt;
sc = n - (n >>> 2);
}
} finally {
sizeCtl = sc;
}
break;
}
}
return tab;
}
//U是sun.misc.Unsafe类实例对象,Java并发操作底层实现核心类
//可以参考网上的博客进行了解
@SuppressWarnings("unchecked")
static final <K,V> Node<K,V> tabAt(Node<K,V>[] tab, int i) {
return (Node<K,V>)U.getObjectVolatile(tab, ((long)i << ASHIFT) + ABASE);//getObjectVolatile方法强制从主存中获取属性值;标记红色的代码作用是计算偏移量
}
//查找节点位置
static final <K,V> boolean casTabAt(Node<K,V>[] tab, int i, Node<K,V> c, Node<K,V> v) {
return U.compareAndSwapObject(tab, ((long)i << ASHIFT) + ABASE, c, v);
}
//扩容
final Node<K,V>[] helpTransfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V> f) {
Node<K,V>[] nextTab; int sc;
if (tab != null && (f instanceof ForwardingNode) &&
(nextTab = ((ForwardingNode<K,V>)f).nextTable) != null) {
int rs = resizeStamp(tab.length);
while (nextTab == nextTable && table == tab &&
(sc = sizeCtl) < 0) {
if ((sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs || sc == rs + 1 ||
sc == rs + MAX_RESIZERS || transferIndex <= 0)
break;
if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1)) {
transfer(tab, nextTab);
break;
}
}
return nextTab;
}
return table;
}
//CAS机制更新baseCount并判断是否需要扩容
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();
}
}
}
2.2、查询
//
public V get(Object key) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> e, p; int n, eh; K ek;
int h = spread(key.hashCode());//(h ^ (h >>> 16)) & HASH_BITS
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 && (e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null) {
if ((eh = e.hash) == h) {//hash桶首节点
if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))
return e.val;
}
else if (eh < 0)//链表查询
return (p = e.find(h, key)) != null ? p.val : null;
while ((e = e.next) != null) {//红黑树查询
if (e.hash == h && ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))))
return e.val;
}
}
return null;
}
三、总结
ConcurrentHashMap线程安全实现使用CAS,关于CAS内容需要深入了解(是Java并发实现核心内容)。
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