CurrentHashMap原理与应用

Posted 2021-04-24 java进阶笔记

结构

ConcurrentHashMap 类中包含两个静态内部类 HashEntry 和 Segment。HashEntry 用来封装映射表的键 / 值对；Segment 用来充当锁的角色，每个 Segment 对象守护整个散列映射表的若干个桶。每个桶是由若干个 HashEntry 对象链接起来的链表。一个 ConcurrentHashMap 实例中包含由若干个 Segment 对象组成的数组。

HashEntry 类

HashEntry 用来封装散列映射表中的键值对。在 HashEntry 类中，key，hash 和 next 域都被声明为 final 型，value 域被声明为 volatile 型。

Segment 类

Segment 类继承于 ReentrantLock 类，从而使得 Segment 对象能充当锁的角色。每个 Segment 对象用来守护其（成员对象 table 中）包含的若干个桶。 table 是一个由 HashEntry 对象组成的数组。table 数组的每一个数组成员就是散列映射表的一个桶。

ConcurrentHashMap 类

ConcurrentHashMap 在默认并发级别会创建包含 16 个 Segment 对象的数组。每个 Segment 的成员对象 table 包含若干个散列表的桶。每个桶是由 HashEntry 链接起来的一个链表。如果键能均匀散列，每个 Segment 大约守护整个散列表中桶总数的 1/16。

结构示意图

put实现

1. 首先，根据 key 计算出对应的 hash 值：

2. 然后，根据 hash 值找到对应的Segment 对象：

3. 最后，在这个 Segment 中执行具体的 put 操作：

   注意：这里的加锁操作是针对（键的 hash 值对应的）某个具体的 Segment，锁定的是该 Segment 而不是整个 ConcurrentHashMap。 同时，所有读线程几乎不会因本线程的加锁而阻塞（除非读线程刚好读到这个 Segment 中某个 HashEntry 的 value 域的值为 null，此时需要加锁后重新读取该值）。

remove实现

和 get 操作一样，首先根据散列码找到具体的链表；然后遍历这个链表找到要删除的节点；最后把待删除节点之后的所有节点原样保留在新链表中，把待删除节点之前的每个节点克隆到新链表中。（删除c节点）在执行 remove 操作时，原始链表并没有被修改，也就是说：读线程不会受同时执行 remove 操作的并发写线程的干扰。

get实现

ConcurrentHashMap 中，每个 Segment 都有一个变量 count。它用来统计 Segment 中的 HashEntry 的个数。这个变量被声明为 volatile。 所有不加锁读方法，在进入读方法时，首先都会去读这个 count 变量。比如下面的 get 方法：

 
   
   
 

  
    
    
  
V get(Object key, int hash) { 
  
    
    
  
           if(count != 0) {       // 首先读 count 变量
  
    
    
  
               HashEntry<K,V> e = getFirst(hash); 
  
    
    
  
               while(e != null) { 
  
    
    
  
                   if(e.hash == hash && key.equals(e.key)) { 
  
    
    
  
                       V v = e.value; 
  
    
    
  
                       if(v != null)            
  
    
    
  
                           return v; 
  
    
    
  
                       // 如果读到 value 域为 null，说明发生了重排序，加锁后重新读取
  
    
    
  
                       return readValueUnderLock(e); 
  
    
    
  
                   } 
  
    
    
  
                   e = e.next; 
  
    
    
  
               } 
  
    
    
  
           } 
  
    
    
  
           return null; 
  
    
    
  
       }
 
   
   
 

在 ConcurrentHashMap 中，所有执行写操作的方法（put, remove, clear），在对链表做结构性修改之后，在退出写方法前都会去写这个 count 变量。所有未加锁的读操作（get, contains, containsKey）在读方法中，都会首先去读取这个 count 变量。 根据 Java 内存模型，对 同一个 volatile 变量的写 / 读操作可以确保：写线程写入的值，能够被之后未加锁的读线程“看到”。

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