ConcurrentHashMap 源码阅读小结

Posted 2020-11-07 莫那·鲁道

前言

每一次总结都意味着重新开始，同时也是为了更好的开始。ConcurrentHashMap 一直是我心中的痛。虽然不敢说完全读懂了，但也看了几个重要的方法，有不少我觉得比较重要的知识点。

然后呢，放一些楼主写的关于 ConcurrentHashMap 相关源码分析的文章链接：

1. ConcurrentHashMap 扩容分析拾遗
2. 并发编程——ConcurrentHashMap#addCount() 分析
3. 并发编程——ConcurrentHashMap#transfer() 扩容逐行分析
4. 并发编程——ConcurrentHashMap#helpTransfer() 分析
5. 并发编程 —— ConcurrentHashMap size 方法原理分析
6. 并发编程之 ConcurrentHashMap（JDK 1.8） putVal 源码分析
7. 深入理解 HashMap put 方法（JDK 8逐行剖析）
8. 深入理解 hashcode 和 hash 算法

putVal 方法总结

说起 ConcurrentHashMap ，当然从入口开始说。该方法要点如下：

1. 不允许有 null key 和 null value。
2. 只有在第一次 put 的时候才初始化 table。初始化有并发控制。通过 sizeCtl 变量判断（小于 0）。
3. 当 hash 对应的下标是 null 时，使用 CAS 插入元素。
4. 当 hash 对应的下标值是 forward 时，帮助扩容，但有可能帮不了，因为每个线程默认 16 个桶，如果只有 16个桶，第二个线程是无法帮助扩容的。
5. 如果 hash 冲突了，同步头节点，进行链表操作，如果链表长度达到 8 ，分成红黑树。
6. 调用 addCount 方法，对 size 加一，并判断是否需要扩容（如果是覆盖，就不调用该方法）。
7. Cmap 的并发性能是 hashTable 的 table.length 倍。只有出现链表才会同步，否则使用 CAS 插入。性能极高。

size 方法总结

1. size 方法不准确，原因是由于并发插入，baseCount 难以及时更新。计数盒子也难以及时更新。
2. 内部通过两个变量，一个是 baseCount，一个是 counterCells，counterCells 是并发修改 baseCount 后的备用方案。
3. 具体更新 baseCount 和 counterCells 是在 addCount 方法中。备用方法 fullAddCount 则会死循环插入。
4. CounterCell 是一个用于分配计数的填充单元，改编自 LongAdder和Striped64。内部只有一个 volatile 的 value 变量，同时这个类标记了 @sun.misc.Contended，这是一个避免伪共享的注解，用于替代之前的缓存行填充。多线程情况下，注解让性能提升 5 倍。

helpTransfer 方法总结

1. 当 Cmap 尝试插入的时候，发现该节点是 forward 类型，则会帮助其扩容。
2. 每次加入一个线程都会将 sizeCtl 的低 16 位加一。同时会校验高 16 位的标示符。
3. 扩容最大的帮助线程是 65535，这是低 16 位的最大值限制的。
4. 每个线程默认分配 16 个桶，如果桶的数量是 16，那么第二个线程无法帮助其扩容。

transfer 方法总结

1. 该方法会根据 CPU 核心数平均分配给每个 CPU 相同数量的桶。但如果不够 16 个，默认就是 16 个。
2. 扩容是按照 2 倍进行扩容。
3. 每个线程在处理完自己领取的区间后，还可以继续领取，如果有的话。这个是 transferIndex 变量递减 16 实现的。
4. 每次处理空桶的时候，会插入一个 forward 节点，告诉 putVal 的线程：“我正在扩容，快来帮忙”。但如果只有 16 个桶，只能有一个线程扩容。
5. 如果有了占位符，那就不处理，跳过这个桶。
6. 如果有真正的实际值，那就同步头节点，防止 putVal 那里并发。
7. 同步块里会将链表拆成两份，根据 hash & length 得到是否是 0，如果是0，放在低位，反之，反之放在 length + i 的高位。这里的设计是为了防止下次取值的时候，hash 不到正确的位置。
8. 如果该桶的类型是红黑树，也会拆成 2 个，这是必须的。然后判断拆分过的桶的大小是否小于等于 6，如果是，改成链表。
9. 线程处理完之后，如果没有可选区间，且任务没有完成，就会将整个表检查一遍，防止遗漏。

addCount 方法总结

1. 当插入结束的时候，会对 size 进行加一。也会进行是否需要扩容的判断。
2. 优先使用计数盒子（如果不是空，说明并发了），如果计数盒子是空，使用 baseCount 变量。对其加 X。
3. 如果修改 baseCount 失败，使用计数盒子。如果此次修改失败，在另一个方法死循环插入。
4. 检查是否需要扩容。
5. 如果 size 大于等于 sizeCtl 阈值，且长度小于 1 << 30，可以扩容成 1 << 30，但不能扩容成 1 << 31。
6. 如果已经在扩容，帮助其扩容，和 helpTransfer 逻辑一样。
7. 如果没有在扩容，自行开启扩容，更新 sizeCtl 变量为负数，赋值为标识符高 16 位 + 2。

小结

ConcurrentHashMap 满是财富，都是精华代码，我们这次阅读只是管中窥豹，要知道其中包含 53 个类，6300 行代码，但这次确实收获很多。有时间一定再次阅读！！

能力不高，水平有限，有些地方确实理解不了 Doug Lea 大师的设计，如果有什么错误，还请大家指出。不胜感激。