JDK源碼學習（8）-java.util.concurrent.ConcurrentHashMap

一、java.util.concurrent.ConcurrentHashMap

jdk8的ConcurrentHashMap的API有了改變，不再使用segment來管理16個hash容器的桶，而是直接通過給Node加鎖。而Node是一個hash值對應的鏈表。源碼如下：

    與HashMap的區別主要是對val和next的修飾符變成了volatile。

static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final int hash;
        final K key;
        volatile V val;
        volatile Node<K,V> next;

        Node(int hash, K key, V val, Node<K,V> next) {
            this.hash = hash;
            this.key = key;
            this.val = val;
            this.next = next;
        }

        public final K getKey()       { return key; }
        public final V getValue()     { return val; }
        public final int hashCode()   { return key.hashCode() ^ val.hashCode(); }
        public final String toString(){ return key + "=" + val; }
        public final V setValue(V value) {
            throw new UnsupportedOperationException();
        }

        public final boolean equals(Object o) {
            Object k, v, u; Map.Entry<?,?> e;
            return ((o instanceof Map.Entry) &&
                    (k = (e = (Map.Entry<?,?>)o).getKey()) != null &&
                    (v = e.getValue()) != null &&
                    (k == key || k.equals(key)) &&
                    (v == (u = val) || v.equals(u)));
        }

        /**
         * Virtualized support for map.get(); overridden in subclasses.
         */
        Node<K,V> find(int h, Object k) {
            Node<K,V> e = this;
            if (k != null) {
                do {
                    K ek;
                    if (e.hash == h &&
                        ((ek = e.key) == k || (ek != null && k.equals(ek))))
                        return e;
                } while ((e = e.next) != null);
            }
            return null;
        }
    }

1. put

 key和value不能爲null，put的時候直接對table中的鏈表頭結點加鎖，可以實現分佈式多線程的處理HashMap內的節點，主要是如果容量爲12，那麼在hash均勻的情況下，最多可以供12個線程同時訪問。

public V put(K key, V value) {
        return putVal(key, value, false);
    }
    /** Implementation for put and putIfAbsent */
    final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
        //判斷key和value不能爲空
        if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
        int hash = spread(key.hashCode());
        int binCount = 0;
        for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
            Node<K,V> f; int n, i, fh;
            //1.如果當前table爲空的集合，則進行初始化。具體代碼見2.initTable
            if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
                tab = initTable();
            else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {                   //2.如果table不爲空，通過hash計算出i的值位置上對應的Node爲空的時候，直接新建一個Node。此處不用加鎖。
                if (casTabAt(tab, i, null,
                             new Node<K,V>(hash, key, value, null)))
                    break;                   // no lock when adding to empty bin
            }
            //3.當遇到表連接點時，需要進行整合表的操作（此處需要細緻看）
            else if ((fh = f.hash) == MOVED)
                tab = helpTransfer(tab, f);
            //4.當有Node的值後，進行加節點操作
            else {
                V oldVal = null;
                //4.1 對該hash值對應的鏈表的表頭加鎖
                synchronized (f) {
                        //4.1.1 如果要插入值爲該鏈表（此處應該爲準確性判斷，爲了進一步判斷f是否爲該hash值的鏈表）
                    if (tabAt(tab, i) == f) {
                    //4.1.1.1 如果該hash（fh）值爲正數，則表示該Node不是樹的節點而是鏈表的節點
                        if (fh >= 0) {
                            binCount = 1;
                            //4.1.1.1 遍歷Node的鏈表查找hash值相同的節點
                            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;
                                //4.1.1.2如果沒有找到對應的hash，則直接將新節點放到鏈表的表尾；
                                if ((e = e.next) == null) {
                                    pred.next = new Node<K,V>(hash, key,
                                                              value, null);
                                    break;
                                }
                            }
                        }
                        //如果是樹的節點，則用樹的結構放置節點
                        else if (f instanceof TreeBin) {
                            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;
                            }
                        }
                    }
                }
                if (binCount != 0) {
                //如果鏈表內節點數量大於等於8，那麼將鏈表轉換成紅黑樹
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
                        treeifyBin(tab, i);
                    if (oldVal != null)
                        return oldVal;
                    break;
                }
            }
        }
        //對table的元素數量增加1，擴容是在這邊發生的
        addCount(1L, binCount);
        return null;
    }

addCount（）方法：

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.initTable

該方法爲初始化集合存儲空間的方法。並將當前集合的大小存放到屬性sizeCtl中，代碼如下：

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;
    }

3.size()返回concurrentHashMap的所有元素數量，具體代碼：

public int size() {
        long n = sumCount();
        return ((n < 0L) ? 0 :
                (n > (long)Integer.MAX_VALUE) ? Integer.MAX_VALUE :
                (int)n);
    }
    
    
 final long sumCount() {
        CounterCell[] as = counterCells; CounterCell a;
        long sum = baseCount;
        if (as != null) {
            for (int i = 0; i < as.length; ++i) {
                if ((a = as[i]) != null)
                    sum += a.value;
            }
        }
        return sum;
    }

4.get（）方法

public V get(Object key) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> e, p; int n, eh; K ek;
        int h = spread(key.hashCode());
        //根據hash值找到key所在的節點鏈表的首結點
        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
            (e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null) {
            if ((eh = e.hash) == h) {
                if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))
                    return e.val;
            }
            else if (eh < 0)
                return (p = e.find(h, key)) != null ? p.val : null;
            while ((e = e.next) != null) {
                if (e.hash == h &&
                    ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))))
                    return e.val;
            }
        }
        return null;
    }

5.containsValue(Object value)

 public boolean containsValue(Object value) {
        if (value == null)
            throw new NullPointerException();
        Node<K,V>[] t;
        if ((t = table) != null) {
        //將map所在的table轉換成Traverser<K,V>的結構
            Traverser<K,V> it = new Traverser<K,V>(t, t.length, 0, t.length);
            //遍歷it的所有節點，找到與value相同的或者與value值相同的節點。advance()方法主要作用是返回下一個有效節點，如果爲空返回null
            for (Node<K,V> p; (p = it.advance()) != null; ) {
                V v;
                if ((v = p.val) == value || (v != null && value.equals(v)))
                    return true;
            }
        }
        return false;
    }