概要
本章是JUC系列的ConcurrentHashMap篇。內容包括：
ConcurrentHashMap介紹
ConcurrentHashMap原理和數據結構
ConcurrentHashMap函數列表
ConcurrentHashMap源碼分析(JDK1.7.0_40版本)
ConcurrentHashMap示例
轉載請註明出處：http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3498537.html
ConcurrentHashMap介紹
ConcurrentHashMap是線程安全的哈希表。HashMap, Hashtable, ConcurrentHashMap之間的關聯如下：
HashMap是非線程安全的哈希表，常用於單線程程序中。
Hashtable是線程安全的哈希表，它是通過synchronized來保證線程安全的；即，多線程通過同一個“對象的同步鎖”來實現併發控制。Hashtable在線程競爭激烈時，效率比較低(此時建議使用ConcurrentHashMap)！因爲當一個線程訪問Hashtable的同步方法時，其它線程就訪問Hashtable的同步方法時，可能會進入阻塞狀態。
ConcurrentHashMap是線程安全的哈希表，它是通過“鎖分段”來保證線程安全的。ConcurrentHashMap將哈希表分成許多片段(Segment)，每一個片段除了保存哈希表之外，本質上也是一個“可重入的互斥鎖”(ReentrantLock)。多線程對同一個片段的訪問，是互斥的；但是，對於不同片段的訪問，卻是可以同步進行的。
關於HashMap,Hashtable以及ReentrantLock的更多內容，可以參考：
1. Java 集合系列10之 HashMap詳細介紹(源碼解析)和使用示例
2. Java 集合系列11之 Hashtable詳細介紹(源碼解析)和使用示例
3. Java多線程系列--“JUC鎖”02之 互斥鎖ReentrantLock
ConcurrentHashMap原理和數據結構
要想搞清ConcurrentHashMap，必須先弄清楚它的數據結構：
(01) ConcurrentHashMap繼承於AbstractMap抽象類。
(02) Segment是ConcurrentHashMap中的內部類，它就是ConcurrentHashMap中的“鎖分段”對應的存儲結構。ConcurrentHashMap與Segment是組合關係，1個ConcurrentHashMap對象包含若干個Segment對象。在代碼中，這表現爲ConcurrentHashMap類中存在“Segment數組”成員。
(03) Segment類繼承於ReentrantLock類，所以Segment本質上是一個可重入的互斥鎖。
(04) HashEntry也是ConcurrentHashMap的內部類，是單向鏈表節點，存儲着key-value鍵值對。Segment與HashEntry是組合關係，Segment類中存在“HashEntry數組”成員，“HashEntry數組”中的每個HashEntry就是一個單向鏈表。
對於多線程訪問對一個“哈希表對象”競爭資源，Hashtable是通過一把鎖來控制併發；而ConcurrentHashMap則是將哈希表分成許多片段，對於每一個片段分別通過一個互斥鎖來控制併發。ConcurrentHashMap對併發的控制更加細膩，它也更加適應於高併發場景！
ConcurrentHashMap函數列表
// 創建一個帶有默認初始容量 (16)、加載因子 (0.75) 和 concurrencyLevel (16) 的新的空映射。 ConcurrentHashMap() // 創建一個帶有指定初始容量、默認加載因子 (0.75) 和 concurrencyLevel (16) 的新的空映射。 ConcurrentHashMap(int initialCapacity) // 創建一個帶有指定初始容量、加載因子和默認 concurrencyLevel (16) 的新的空映射。 ConcurrentHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) // 創建一個帶有指定初始容量、加載因子和併發級別的新的空映射。 ConcurrentHashMap(int initialCapacity, float loadFactor, int concurrencyLevel) // 構造一個與給定映射具有相同映射關係的新映射。 ConcurrentHashMap(Map<? extends K,? extends V> m) // 從該映射中移除所有映射關係 void clear() // 一種遺留方法，測試此表中是否有一些與指定值存在映射關係的鍵。 boolean contains(Object value) // 測試指定對象是否爲此表中的鍵。 boolean containsKey(Object key) // 如果此映射將一個或多個鍵映射到指定值，則返回 true。 boolean containsValue(Object value) // 返回此表中值的枚舉。 Enumeration<V> elements() // 返回此映射所包含的映射關係的 Set 視圖。 Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() // 返回指定鍵所映射到的值，如果此映射不包含該鍵的映射關係，則返回 null。 V get(Object key) // 如果此映射不包含鍵-值映射關係，則返回 true。 boolean isEmpty() // 返回此表中鍵的枚舉。 Enumeration<K> keys() // 返回此映射中包含的鍵的 Set 視圖。 Set<K> keySet() // 將指定鍵映射到此表中的指定值。 V put(K key, V value) // 將指定映射中所有映射關係複製到此映射中。 void putAll(Map<? extends K,? extends V> m) // 如果指定鍵已經不再與某個值相關聯，則將它與給定值關聯。 V putIfAbsent(K key, V value) // 從此映射中移除鍵（及其相應的值）。 V remove(Object key) // 只有目前將鍵的條目映射到給定值時，才移除該鍵的條目。 boolean remove(Object key, Object value) // 只有目前將鍵的條目映射到某一值時，才替換該鍵的條目。 V replace(K key, V value) // 只有目前將鍵的條目映射到給定值時，才替換該鍵的條目。 boolean replace(K key, V oldValue, V newValue) // 返回此映射中的鍵-值映射關係數。 int size() // 返回此映射中包含的值的 Collection 視圖。 Collection<V> values()
ConcurrentHashMap源碼分析(JDK1.7.0_40版本)
ConcurrentHashMap.java的完整源碼如下：
View
Code
下面從ConcurrentHashMap的創建，獲取，添加，刪除這4個方面對ConcurrentHashMap進行分析。
1 創建
下面以ConcurrentHashMap(int initialCapacity,float loadFactor, int concurrencyLevel)來進行說明。
@SuppressWarnings("unchecked")
public ConcurrentHashMap(int initialCapacity,
float loadFactor, int concurrencyLevel) {
// 參數有效性判斷
if (!(loadFactor > 0) || initialCapacity < 0 || concurrencyLevel <= 0)
throw new IllegalArgumentException();
// concurrencyLevel是“用來計算segments的容量”
if (concurrencyLevel > MAX_SEGMENTS)
concurrencyLevel = MAX_SEGMENTS;
int sshift = 0;
int ssize = 1;
// ssize=“大於或等於concurrencyLevel的最小的2的N次方值”
while (ssize < concurrencyLevel) {
++sshift;
ssize <<= 1;
}
// 初始化segmentShift和segmentMask
this.segmentShift = 32 - sshift;
this.segmentMask = ssize - 1;
// 哈希表的初始容量
// 哈希表的實際容量=“segments的容量” x “segments中數組的長度”
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
// “哈希表的初始容量” / “segments的容量”
int c = initialCapacity / ssize;
if (c * ssize < initialCapacity)
++c;
// cap就是“segments中的HashEntry數組的長度”
int cap = MIN_SEGMENT_TABLE_CAPACITY;
while (cap < c)
cap <<= 1;
// segments
Segment<K,V> s0 =
new Segment<K,V>(loadFactor, (int)(cap * loadFactor),
(HashEntry<K,V>[])new HashEntry[cap]);
Segment<K,V>[] ss = (Segment<K,V>[])new Segment[ssize];
UNSAFE.putOrderedObject(ss, SBASE, s0); // ordered write of segments[0]
this.segments = ss;
}
說明：
(01) 前面我們說過，ConcurrentHashMap採用了“鎖分段”技術；在代碼中，它通過“segments數組”對象來保存各個分段。segments的定義如下：
final Segment<K,V>[] segments;
concurrencyLevel的作用就是用來計算segments數組的容量大小。先計算出“大於或等於concurrencyLevel的最小的2的N次方值”，然後將其保存爲“segments的容量大小(ssize)”。
(02) initialCapacity是哈希表的初始容量。需要注意的是，哈希表的實際容量=“segments的容量” x “segments中數組的長度”。
(03) loadFactor是加載因子。它是哈希表在其容量自動增加之前可以達到多滿的一種尺度。
ConcurrentHashMap的構造函數中涉及到的非常重要的一個結構體，它就是Segment。下面看看Segment的聲明：
static final class Segment<K,V> extends ReentrantLock implements Serializable { ... transient volatile HashEntry<K,V>[] table; // threshold閾，是哈希表在其容量自動增加之前可以達到多滿的一種尺度。 transient int threshold; // loadFactor是加載因子 final float loadFactor; Segment(float lf, int threshold, HashEntry<K,V>[] tab) { this.loadFactor = lf; this.threshold = threshold; this.table = tab; } ... }
說明：Segment包含HashEntry數組，HashEntry保存了哈希表中的鍵值對。
此外，還需要說明的Segment繼承於ReentrantLock。這意味着，Segment本質上就是可重入的互斥鎖。
HashEntry的源碼如下：
static final class HashEntry<K,V> { final int hash; // 哈希值 final K key; // 鍵 volatile V value; // 值 volatile HashEntry<K,V> next; // 下一個HashEntry節點 HashEntry(int hash, K key, V value, HashEntry<K,V> next) { this.hash = hash; this.key = key; this.value = value; this.next = next; } ... }
說明：和HashMap的節點一樣，HashEntry也是鏈表。這就說明，ConcurrentHashMap是鏈式哈希表，它是通過“拉鍊法”來解決哈希衝突的。
2 獲取
下面以get(Object key)爲例，對ConcurrentHashMap的獲取方法進行說明。
public V get(Object key) { Segment<K,V> s; // manually integrate access methods to reduce overhead HashEntry<K,V>[] tab; int h = hash(key); long u = (((h >>> segmentShift) & segmentMask) << SSHIFT) + SBASE; // 獲取key對應的Segment片段。 // 如果Segment片段不爲null，則在“Segment片段的HashEntry數組中”中找到key所對應的HashEntry列表； // 接着遍歷該HashEntry鏈表，找到於key-value鍵值對對應的HashEntry節點。 if ((s = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObjectVolatile(segments, u)) != null && (tab = s.table) != null) { for (HashEntry<K,V> e = (HashEntry<K,V>) UNSAFE.getObjectVolatile (tab, ((long)(((tab.length - 1) & h)) << TSHIFT) + TBASE); e != null; e = e.next) { K k; if ((k = e.key) == key || (e.hash == h && key.equals(k))) return e.value; } } return null; }
說明：get(Object key)的作用是返回key在ConcurrentHashMap哈希表中對應的值。
它首先根據key計算出來的哈希值，獲取key所對應的Segment片段。
如果Segment片段不爲null，則在“Segment片段的HashEntry數組中”中找到key所對應的HashEntry列表。Segment包含“HashEntry數組”對象，而每一個HashEntry本質上是一個單向鏈表。
接着遍歷該HashEntry鏈表，找到於key-value鍵值對對應的HashEntry節點。
下面是hash()的源碼
private int hash(Object k) { int h = hashSeed; if ((0 != h) && (k instanceof String)) { return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k); } h ^= k.hashCode(); // Spread bits to regularize both segment and index locations, // using variant of single-word Wang/Jenkins hash. h += (h << 15) ^ 0xffffcd7d; h ^= (h >>> 10); h += (h << 3); h ^= (h >>> 6); h += (h << 2) + (h << 14); return h ^ (h >>> 16); }
3 增加
下面以put(K key, V value)來對ConcurrentHashMap中增加鍵值對來進行說明。
public V put(K key, V value) { Segment<K,V> s; if (value == null) throw new NullPointerException(); // 獲取key對應的哈希值 int hash = hash(key); int j = (hash >>> segmentShift) & segmentMask; // 如果找不到該Segment，則新建一個。 if ((s = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObject // nonvolatile; recheck (segments, (j << SSHIFT) + SBASE)) == null) // in ensureSegment s = ensureSegment(j); return s.put(key, hash, value, false); }
說明：
(01) put()根據key獲取對應的哈希值，再根據哈希值找到對應的Segment片段。如果Segment片段不存在，則新增一個Segment。
(02) 將key-value鍵值對添加到Segment片段中。
final V put(K key, int hash, V value, boolean onlyIfAbsent) { // tryLock()獲取鎖，成功返回true，失敗返回false。 // 獲取鎖失敗的話，則通過scanAndLockForPut()獲取鎖，並返回”要插入的key-value“對應的”HashEntry鏈表“。 HashEntry<K,V> node = tryLock() ? null : scanAndLockForPut(key, hash, value); V oldValue; try { // tab代表”當前Segment中的HashEntry數組“ HashEntry<K,V>[] tab = table; // 根據”hash值“獲取”HashEntry數組中對應的HashEntry鏈表“ int index = (tab.length - 1) & hash; HashEntry<K,V> first = entryAt(tab, index); for (HashEntry<K,V> e = first;;) { // 如果”HashEntry鏈表中的當前HashEntry節點“不爲null， if (e != null) { K k; // 當”要插入的key-value鍵值對“已經存在於”HashEntry鏈表中“時，先保存原有的值。 // 若”onlyIfAbsent“爲true，即”要插入的key不存在時才插入”，則直接退出； // 否則，用新的value值覆蓋原有的原有的值。 if ((k = e.key) == key || (e.hash == hash && key.equals(k))) { oldValue = e.value; if (!onlyIfAbsent) { e.value = value; ++modCount; } break; } e = e.next; } else { // 如果node非空，則將first設置爲“node的下一個節點”。 // 否則，新建HashEntry鏈表 if (node != null) node.setNext(first); else node = new HashEntry<K,V>(hash, key, value, first); int c = count + 1; // 如果添加key-value鍵值對之後，Segment中的元素超過閾值(並且，HashEntry數組的長度沒超過限制)，則rehash； // 否則，直接添加key-value鍵值對。 if (c > threshold && tab.length < MAXIMUM_CAPACITY) rehash(node); else setEntryAt(tab, index, node); ++modCount; count = c; oldValue = null; break; } } } finally { // 釋放鎖 unlock(); } return oldValue; }
說明：
put()的作用是將key-value鍵值對插入到“當前Segment對應的HashEntry中”，在插入前它會獲取Segment對應的互斥鎖，插入後會釋放鎖。具體的插入過程如下：
(01) 首先根據“hash值”獲取“當前Segment的HashEntry數組對象”中的“HashEntry節點”，每個HashEntry節點都是一個單向鏈表。
(02) 接着，遍歷HashEntry鏈表。
若在遍歷HashEntry鏈表時，找到與“要key-value鍵值對”對應的節點，即“要插入的key-value鍵值對”的key已經存在於HashEntry鏈表中。則根據onlyIfAbsent進行判斷，若onlyIfAbsent爲true，即“當要插入的key不存在時才插入”，則不進行插入，直接返回；否則，用新的value值覆蓋原始的value值，然後再返回。
若在遍歷HashEntry鏈表時，沒有找到與“要key-value鍵值對”對應的節點。當node!=null時，即在scanAndLockForPut()獲取鎖時，已經新建了key-value對應的HashEntry節點，則”將HashEntry添加到Segment中“；否則，新建key-value對應的HashEntry節點，然後再“將HashEntry添加到Segment中”。 在”將HashEntry添加到Segment中“前，會判斷是否需要rehash。如果在添加key-value鍵值之後，容量會超過閾值，並且HashEntry數組的長度沒有超過限制，則進行rehash；否則，直接通過setEntryAt()將key-value鍵值對添加到Segment中。
在介紹rehash()和setEntryAt()之前，我們先看看自旋函數scanAndLockForPut()。下面是它的源碼：
private HashEntry<K,V> scanAndLockForPut(K key, int hash, V value) { // 第一個HashEntry節點 HashEntry<K,V> first = entryForHash(this, hash); // 當前的HashEntry節點 HashEntry<K,V> e = first; HashEntry<K,V> node = null; // 重複計數(自旋計數器) int retries = -1; // negative while locating node // 查找”key-value鍵值對“在”HashEntry鏈表上對應的節點“； // 若找到的話，則不斷的自旋；在自旋期間，若通過tryLock()獲取鎖成功則返回；否則自旋MAX_SCAN_RETRIES次數之後，強制獲取”鎖“並退出。 // 若沒有找到的話，則新建一個HashEntry鏈表。然後不斷的自旋。 // 此外，若在自旋期間，HashEntry鏈表的表頭發生變化；則重新進行查找和自旋工作！ while (!tryLock()) { HashEntry<K,V> f; // to recheck first below // 1. retries<0的處理情況 if (retries < 0) { // 1.1 如果當前的HashEntry節點爲空(意味着，在該HashEntry鏈表上上沒有找到”要插入的鍵值對“對應的節點)，而且node=null；則新建HashEntry鏈表。 if (e == null) { if (node == null) // speculatively create node node = new HashEntry<K,V>(hash, key, value, null); retries = 0; } // 1.2 如果當前的HashEntry節點是”要插入的鍵值對在該HashEntry上對應的節點“，則設置retries=0 else if (key.equals(e.key)) retries = 0; // 1.3 設置爲下一個HashEntry。 else e = e.next; } // 2. 如果自旋次數超過限制，則獲取“鎖”並退出 else if (++retries > MAX_SCAN_RETRIES) { lock(); break; } // 3. 當“嘗試了偶數次”時，就獲取“當前Segment的第一個HashEntry”，即f。 // 然後，通過f!=first來判斷“當前Segment的第一個HashEntry是否發生了改變”。 // 若是的話，則重置e，first和retries的值，並重新遍歷。 else if ((retries & 1) == 0 && (f = entryForHash(this, hash)) != first) { e = first = f; // re-traverse if entry changed retries = -1; } } return node; }
說明：
scanAndLockForPut()的目標是獲取鎖。流程如下：
它首先會調用entryForHash()，根據hash值獲取”當前Segment中對應的HashEntry節點(first)，即找到對應的HashEntry鏈表“。
緊接着進入while循環。在while循環中，它會遍歷”HashEntry鏈表(e)“，查找”要插入的key-value鍵值對“在”該HashEntry鏈表上對應的節點“。
若找到的話，則不斷的自旋，即不斷的執行while循環。在自旋期間，若通過tryLock()獲取鎖成功則返回；否則，在自旋MAX_SCAN_RETRIES次數之後，強制獲取鎖並退出。
若沒有找到的話，則新建一個HashEntry鏈表，然後不斷的自旋。在自旋期間，若通過tryLock()獲取鎖成功則返回；否則，在自旋MAX_SCAN_RETRIES次數之後，強制獲取鎖並退出。
此外，若在自旋期間，HashEntry鏈表的表頭發生變化；則重新進行查找和自旋工作！
理解scanAndLockForPut()時，務必要聯繫”哈希表“的數據結構。一個Segment本身就是一個哈希表，Segment中包含了”HashEntry數組“對象，而每一個HashEntry對象本身是一個”單向鏈表“。
下面看看rehash()的實現代碼。
private void rehash(HashEntry<K,V> node) { HashEntry<K,V>[] oldTable = table; // ”Segment中原始的HashEntry數組的長度“ int oldCapacity = oldTable.length; // ”Segment中新HashEntry數組的長度“ int newCapacity = oldCapacity << 1; // 新的閾值 threshold = (int)(newCapacity * loadFactor); // 新的HashEntry數組 HashEntry<K,V>[] newTable = (HashEntry<K,V>[]) new HashEntry[newCapacity]; int sizeMask = newCapacity - 1; // 遍歷”原始的HashEntry數組“， // 將”原始的HashEntry數組“中的每個”HashEntry鏈表“的值，都複製到”新的HashEntry數組的HashEntry元素“中。 for (int i = 0; i < oldCapacity ; i++) { // 獲取”原始的HashEntry數組“中的”第i個HashEntry鏈表“ HashEntry<K,V> e = oldTable[i]; if (e != null) { HashEntry<K,V> next = e.next; int idx = e.hash & sizeMask; if (next == null) // Single node on list newTable[idx] = e; else { // Reuse consecutive sequence at same slot HashEntry<K,V> lastRun = e; int lastIdx = idx; for (HashEntry<K,V> last = next; last != null; last = last.next) { int k = last.hash & sizeMask; if (k != lastIdx) { lastIdx = k; lastRun = last; } } newTable[lastIdx] = lastRun; // 將”原始的HashEntry數組“中的”HashEntry鏈表(e)“的值，都複製到”新的HashEntry數組的HashEntry“中。 for (HashEntry<K,V> p = e; p != lastRun; p = p.next) { V v = p.value; int h = p.hash; int k = h & sizeMask; HashEntry<K,V> n = newTable[k]; newTable[k] = new HashEntry<K,V>(h, p.key, v, n); } } } } // 將新的node節點添加到“Segment的新HashEntry數組(newTable)“中。 int nodeIndex = node.hash & sizeMask; // add the new node node.setNext(newTable[nodeIndex]); newTable[nodeIndex] = node; table = newTable; }
說明：rehash()的作用是將”Segment的容量“變爲”原始的Segment容量的2倍“。
在將原始的數據拷貝到“新的Segment”中後，會將新增加的key-value鍵值對添加到“新的Segment”中。
setEntryAt()的源碼如下：
static final <K,V> void setEntryAt(HashEntry<K,V>[] tab, int i, HashEntry<K,V> e) { UNSAFE.putOrderedObject(tab, ((long)i << TSHIFT) + TBASE, e); }
UNSAFE是Segment類中定義的“靜態sun.misc.Unsafe”對象。源碼如下：
static final sun.misc.Unsafe UNSAFE;
Unsafe.java在openjdk6中的路徑是：openjdk6/jdk/src/share/classes/sun/misc/Unsafe.java。其中，putOrderedObject()的源碼下：
public native void putOrderedObject(Object o, long offset, Object x);
說明：putOrderedObject()是一個本地方法。
它會設置obj對象中offset偏移地址對應的object型field的值爲指定值。它是一個有序或者有延遲的putObjectVolatile()方法，並且不保證值的改變被其他線程立即看到。只有在field被volatile修飾並且期望被意外修改的時候，使用putOrderedObject()纔有用。
總之，setEntryAt()的目的是設置tab中第i位置元素的值爲e，且該設置會有延遲。
4 刪除
下面以remove(Object key)來對ConcurrentHashMap中的刪除操作來進行說明。
public V remove(Object key) { int hash = hash(key); // 根據hash值，找到key對應的Segment片段。 Segment<K,V> s = segmentForHash(hash); return s == null ? null : s.remove(key, hash, null); }
說明：remove()首先根據“key的計算出來的哈希值”找到對應的Segment片段，然後再從該Segment片段中刪除對應的“key-value鍵值對”。
remove()的方法如下：
final V remove(Object key, int hash, Object value) { // 嘗試獲取Segment對應的鎖。 // 嘗試失敗的話，則通過scanAndLock()來獲取鎖。 if (!tryLock()) scanAndLock(key, hash); V oldValue = null; try { // 根據“hash值”找到“Segment的HashEntry數組”中對應的“HashEntry節點(e)”，該HashEntry節點是一HashEntry個鏈表。 HashEntry<K,V>[] tab = table; int index = (tab.length - 1) & hash; HashEntry<K,V> e = entryAt(tab, index); HashEntry<K,V> pred = null; // 遍歷“HashEntry鏈表”，刪除key-value鍵值對 while (e != null) { K k; HashEntry<K,V> next = e.next; if ((k = e.key) == key || (e.hash == hash && key.equals(k))) { V v = e.value; if (value == null || value == v || value.equals(v)) { if (pred == null) setEntryAt(tab, index, next); else pred.setNext(next); ++modCount; --count; oldValue = v; } break; } pred = e; e = next; } } finally { // 釋放鎖 unlock(); } return oldValue; }
說明：remove()的目的就是刪除key-value鍵值對。在刪除之前，它會獲取到Segment的互斥鎖，在刪除之後，再釋放鎖。
它的刪除過程也比較簡單，它會先根據hash值，找到“Segment的HashEntry數組”中對應的“HashEntry”節點。根據Segment的數據結構，我們知道Segment中包含一個HashEntry數組對象，而每一個HashEntry本質上是一個單向鏈表。 在找到“HashEntry”節點之後，就遍歷該“HashEntry”節點對應的鏈表，找到key-value鍵值對對應的節點，然後刪除。
下面對scanAndLock()進行說明。它的源碼如下：
private void scanAndLock(Object key, int hash) { // 第一個HashEntry節點 HashEntry<K,V> first = entryForHash(this, hash); HashEntry<K,V> e = first; int retries = -1; // 查找”key-value鍵值對“在”HashEntry鏈表上對應的節點“； // 無論找沒找到，最後都會不斷的自旋；在自旋期間，若通過tryLock()獲取鎖成功則返回；否則自旋MAX_SCAN_RETRIES次數之後，強制獲取”鎖“並退出。 // 若在自旋期間，HashEntry鏈表的表頭發生變化；則重新進行查找和自旋！ while (!tryLock()) { HashEntry<K,V> f; if (retries < 0) { // 如果“遍歷完該HashEntry鏈表，仍然沒找到”要刪除的鍵值對“對應的節點” // 或者“在該HashEntry鏈表上找到”要刪除的鍵值對“對應的節點”，則設置retries=0 // 否則，設置e爲下一個HashEntry節點。 if (e == null || key.equals(e.key)) retries = 0; else e = e.next; } // 自旋超過限制次數之後，獲取鎖並退出。 else if (++retries > MAX_SCAN_RETRIES) { lock(); break; } // 當“嘗試了偶數次”時，就獲取“當前Segment的第一個HashEntry”，即f。 // 然後，通過f!=first來判斷“當前Segment的第一個HashEntry是否發生了改變”。 // 若是的話，則重置e，first和retries的值，並重新遍歷。 else if ((retries & 1) == 0 && (f = entryForHash(this, hash)) != first) { e = first = f; retries = -1; } } }
說明：scanAndLock()的目標是獲取鎖。它的實現與scanAndLockForPut()類似，這裏就不再過多說明。
總結：ConcurrentHashMap是線程安全的哈希表，它是通過“鎖分段”來實現的。ConcurrentHashMap中包括了“Segment(鎖分段)數組”，每個Segment就是一個哈希表，而且也是可重入的互斥鎖。第一，Segment是哈希表表現在，Segment包含了“HashEntry數組”，而“HashEntry數組”中的每一個HashEntry元素是一個單向鏈表。即Segment是通過鏈式哈希表。第二，Segment是可重入的互斥鎖表現在，Segment繼承於ReentrantLock，而ReentrantLock就是可重入的互斥鎖。
對於ConcurrentHashMap的添加，刪除操作，在操作開始前，線程都會獲取Segment的互斥鎖；操作完畢之後，纔會釋放。而對於讀取操作，它是通過volatile去實現的，HashEntry數組是volatile類型的，而volatile能保證“即對一個volatile變量的讀，總是能看到（任意線程）對這個volatile變量最後的寫入”，即我們總能讀到其它線程寫入HashEntry之後的值。 以上這些方式，就是ConcurrentHashMap線程安全的實現原理。
ConcurrentHashMap示例
下面，我們通過一個例子去對比HashMap和ConcurrentHashMap。
1 import java.util.*; 2 import java.util.concurrent.*; 3 4 /* 5 * ConcurrentHashMap是“線程安全”的哈希表，而HashMap是非線程安全的。 6 * 7 * 下面是“多個線程同時操作並且遍歷map”的示例 8 * (01) 當map是ConcurrentHashMap對象時，程序能正常運行。 9 * (02) 當map是HashMap對象時，程序會產生ConcurrentModificationException異常。 10 * 11 * @author skywang 12 */ 13 public class ConcurrentHashMapDemo1 { 14 15 // TODO: map是HashMap對象時，程序會出錯。 16 //private static Map<String, String> map = new HashMap<String, String>(); 17 private static Map<String, String> map = new ConcurrentHashMap<String, String>(); 18 public static void main(String[] args) { 19 20 // 同時啓動兩個線程對map進行操作！ 21 new MyThread("ta").start(); 22 new MyThread("tb").start(); 23 } 24 25 private static void printAll() { 26 String key, value; 27 Iterator iter = map.entrySet().iterator(); 28 while(iter.hasNext()) { 29 Map.Entry entry = (Map.Entry)iter.next(); 30 key = (String)entry.getKey(); 31 value = (String)entry.getValue(); 32 System.out.print(key+" - "+value+", "); 33 } 34 System.out.println(); 35 } 36 37 private static class MyThread extends Thread { 38 MyThread(String name) { 39 super(name); 40 } 41 @Override 42 public void run() { 43 int i = 0; 44 while (i++ < 6) { 45 // “線程名” + "-" + "序號" 46 String val = Thread.currentThread().getName()+i; 47 map.put(String.valueOf(i), val); 48 // 通過“Iterator”遍歷map。 49 printAll(); 50 } 51 } 52 } 53 }
(某一次)運行結果：
1 - tb1, 1 - tb1, 1 - tb1, 1 - tb1, 2 - tb2, 2 - tb2, 1 - tb1, 3 - ta3, 1 - tb1, 2 - tb2, 3 - tb3, 1 - tb1, 2 - tb2, 3 - tb3, 1 - tb1, 4 - tb4, 3 - tb3, 2 - tb2, 4 - tb4, 1 - tb1, 2 - tb2, 5 - ta5, 1 - tb1, 3 - tb3, 5 - tb5, 4 - tb4, 3 - tb3, 2 - tb2, 4 - tb4, 1 - tb1, 2 - tb2, 5 - tb5, 1 - tb1, 6 - tb6, 5 - tb5, 3 - tb3, 6 - tb6, 4 - tb4, 3 - tb3, 2 - tb2, 4 - tb4, 2 - tb2,
結果說明：如果將源碼中的map改成HashMap對象時，程序會產生ConcurrentModificationException異常。
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