JDK1.8 ConcurrentHashMap源码阅读

Posted 2021-01-22 cjsblog

1.  带着问题去阅读

为什么说ConcurrentHashMap是线程安全的？或者说 ConcurrentHashMap是如何防止并发的？

2.  字段和常量

首先，来看一下ConcurrentHashMap中的一些字段和常量，这些在接下来的操作中会用得到

2.1.  常量

从中，我们可以获得以下信息：

1. 数组的默认容量是16，最大容量是1<<30
2. 当添加元素的时候，将列表转成树的阈值是8。也就是说，相同位置上多个元素是以链表的形式存储的，而当链表的长度（元素的个数）超过8时，将其转为树
3. 在对数组扩容的时候，当树中元素个数小于或等于6时，将树转成链表

2.2.  字段

从这些字段中，我们可以获得以下信息：

1. 底层是一个数组，且数组的类型是Node，延迟初始化，更重要的是它被 volatile 修饰
2. sizeCtl是用于数组初始化和扩容的，当它是负数的时候，表示数组正在进行初始化或扩容，-1表示正在初始化，同时应该注意到它也被 volatile 修饰

2.3.  内部类

对比1.7里面的HashMap不难发现：

1. Node继承自Map.Entry
2. 其 value 和 next 都用 volatile 修饰

可以看到，TreeNode继承自Node，主要用于树形结构中。也就是说，TreeNode表示树中的结点。

还有一个TreeBin也是继承自Node

TreeBin表示整个树，TreeNode表示树中的结点

正常情况下，数组中某个位置的元素应该是Node，而Node是一个链表，它后面可能跟了多个Node。

但是，某个位置的节点个数超过阈值（默认8）时，将这个链表转成红黑树，那么此后数组中这个位置的元素就是TreeBin

也就是说，Node表示链表中的节点，TreeNode表示树中的节点，TreeBin表示树

3.  操作

3.1.  put

这里，再多看一眼，刚才的putTreeVal()方法

总的来说，是先插入，后调整

大致流程是这样的：

1. 如果数组为空，则先初始化数组
2. 根据key计算哈希值，进而计算应该在数组的什么位置
3. 取出该位置上的元素，如果为空，则直接构造一个Node，并将元素放置于此
4. 如果该位置上的元素不为空，则进一步判断是链表还是树（PS：Node还是TreeBin）
5. 如果是Node，则遍历链表，如果发现有key相同的元素，则用新值替换旧值，否则构造Node，并将其插入到链表尾部
6. 如果是TreeBin，则遍历树，若发现相同key的节点，则用新值替换旧值，否则构造TreeNode，并将其插入到树中
7. 插入完成以后，最后再看一下要不要转成树型结构
8. 如果旧值不为空，则返回旧值

3.2.  resize

在上一步的put操作中，如果数组正在扩容，则帮助扩容

下面看一下扩容

我以前在理解上一直有一个误区，以前我一直以为在数组相同位置上的元素的哈希值都相同，今天我恍然大悟，原来不是这样的，这些元素之所以会在同一个位置是因为通过key的哈希值再结合数组长度计算得出该元素应该在这个位置上，而不同的哈希值可能经过计算也在同一个位置，所以，相同位置的元素的hash值不一定相同，或者说，链表上的元素的hash并不一定都相同，只是恰巧它们在数组的位置相同而已。

扩容是这样的：

1. 新数组的长度是原来的2倍
2. 根据不同位置的元素的结构有不同的方式
3. 不管原来是链表结构还是树型结构，扩容以后都变成两部分，一部分是hash&n为0的，另一部分是hash&n不为0的，其中n为原数组的长度
4. 对于那些hash&n==0的结点，它们在新数组中的位置保持不变，也就是说它们原先在旧数组中是什么位置，现在在新数组中还是什么位置
5. 对于那些hash&n != 0的节点，它们在新数组中的位置相比于之前在旧数组中的位置是向后移动了n
6. 每个位置在迁移的时候都加锁了
7. 扩容后，原来在旧数组中在相同位置的结点在新数组中未必还在相同的位置
8. 扩容后，链表没有倒置
9. 由于迁移到新数组中时，会将原先一棵树分成两部分（跟链表一样），所以分出来的树中如果结点数小于或等于6，则转成链表

下面是一个示意图，不必拘泥细节，重在意思

3.3.  get和remove

删除和获取相对比较简单，不再赘述

 

至此，可以回答开头我们提出的问题了

sychronized + volatile + CAS

插入、删除、扩容的时候都对数组中相应位置的元素加锁了，加锁用的是synchronized

table数组、Node中的val和next、以及一些控制字段都加了volatile

在更新一些关键变量的时候用到了sun.misc.Unsafe中的一些方法