ConcurrentHashMap之較於HashMap是保證了線程安全，其實現方式之精妙有很多值得學習的地方。同時，這篇文章也將持續更新，畢竟目前只研究了常用的幾個操作，還有其他操作，等待我去深挖。
ConcurrentHashMap主要是依靠了CAS無鎖算法和對操作的數組索引處的頭節點加鎖。
擴容操作是可以多線程協助進行，線程只要檢測到在擴容就放下當前工作去協助擴容，擴容的優先級還挺高！畢竟耗時。
ps:昨晚寫完，csdn在維護，居然無法發佈。今天剛好補充了兩個關鍵的方法進去。
public class ConcurrentHashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
implements ConcurrentMap<K,V>, Serializable {
// 常量定義
// 最大容量：2^30
private static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
// 默認容量16
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 16;
// 最大的數組大小
static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
// 默認的併發大小，爲了兼容上個版本，現在沒使用
private static final int DEFAULT_CONCURRENCY_LEVEL = 16;
// 負載因子
private static final float LOAD_FACTOR = 0.75f;
// 鏈表轉樹的節點數閥值
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
// 從樹轉鏈表的節點樹閥值
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
// 在鏈表轉樹時table的最小容量
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
private static final int MIN_TRANSFER_STRIDE = 16;
private static int RESIZE_STAMP_BITS = 16;
// 2^16-1，help resize的最大線程數
private static final int MAX_RESIZERS = (1 << (32 - RESIZE_STAMP_BITS)) - 1;
// 32-16=16，sizeCtl中記錄size大小的偏移量
private static final int RESIZE_STAMP_SHIFT = 32 - RESIZE_STAMP_BITS;
// Node節點hash值的幾個取值
static final int MOVED = -1; // 移動節點的hash值
static final int TREEBIN = -2; // 樹根節點的hash值
static final int RESERVED = -3; // 短暫保留的節點的hash值
static final int HASH_BITS = 0x7fffffff; // 普通節點hash值可用的位
// CPU的核數
static final int NCPU = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
// 成員變量
// 存放鍵值對的數組
transient volatile Node<K,V>[] table;
// 下一個要使用的table，只有在擴容時不爲null
private transient volatile Node<K,V>[] nextTable;
private transient volatile long baseCount;
// 負數代表正在進行初始化或擴容操作
// -1代表正在初始化
// -N表示有N-1個線程正在進行擴容操作
// 正數或0代表hash表還沒有被初始化，這個數值表示初始化或下一次進行擴容的大小，類似於擴容
// 閾值。它的值始終是當前ConcurrentHashMap容量的0.75倍，這與loadfactor是對應的。
// 實際容量>=sizeCtl,則擴容。
private transient volatile int sizeCtl;
/**
* The next table index (plus one) to split while resizing.
*/
private transient volatile int transferIndex;
/**
* Spinlock (locked via CAS) used when resizing and/or creating CounterCells.
*/
private transient volatile int cellsBusy;
/**
* Table of counter cells. When non-null, size is a power of 2.
*/
private transient volatile CounterCell[] counterCells;
// views
private transient KeySetView<K,V> keySet;
private transient ValuesView<K,V> values;
private transient EntrySetView<K,V> entrySet;
public V put(K key, V value) {
return putVal(key, value, false);
}
// 插入鍵值對，onlyIfAbsent參數是如果鍵值對已存在就不更新了。返回舊的value
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
// 不允許傳入的鍵值對爲null
if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
// 計算hash值
int hash = spread(key.hashCode());
// 判斷是否鏈表轉樹的變量
int binCount = 0;
// 遍歷數組
for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
// f是通過key找到的已存在的節點，n是數組長度，i是數組下標，fh是f的hash值
Node<K,V> f; int n, i, fh;
// 如果table還是null或者沒有元素，則初始化一個table(懶加載),然後回到上面for循環
if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
tab = initTable();
// 如果計算出來的索引對應的節點f在table中還是null就以cas算法在i處新建一個node插入
// 因爲此時還沒有加鎖，所以有可能cas失敗，失敗就重試(返回for循環)；cas成功就退出
else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
if (casTabAt(tab, i, null,
new Node<K,V>(hash, key, value, null)))
break; // no lock when adding to empty bin
}
// 如果索引i處的節點正處於移動狀態，也就是在擴容中，並且這個節點已經被處理過了。
// 當前線程就先幫助擴容，等會在回到
// for循環繼續插入值
else if ((fh = f.hash) == MOVED)
tab = helpTransfer(tab, f);
// 否則就是可以在數組索引i處遍歷鏈表或樹來替換value或新建一個鏈表中的節點
else {
// 舊的value
V oldVal = null;
// 對數組i處的節點加鎖，避免多個線程同時操作數組i處的鏈表或樹。換句話說只要多個
// 線程操作的不是同一個數組下標的位置就可以併發執行
synchronized (f) {
// 先判斷一下當前的頭節點還是不是上面計算出來的節點，畢竟在加鎖之前可能會有
// 其他線程已經改了這個節點的值
if (tabAt(tab, i) == f) {
// 頭節點沒有遭到變動
// 如果頭節點的hash值>=0，就去遍歷鏈表
// 因爲樹的根節點的hash值是-2，在class TreeBin的初始化構造函數設置的
if (fh >= 0) {
// 鏈表節點個數置1，頭節點佔一個
binCount = 1;
// 遍歷鏈表
for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {
K ek;
// 如果發現key相同，則替換舊value
if (e.hash == hash &&
((ek = e.key) == key ||
(ek != null && key.equals(ek)))) {
oldVal = e.val;
// 如果是onlyIfAbsent爲true，就不替換，只返回舊value
if (!onlyIfAbsent)
e.val = value;
break;
}
Node<K,V> pred = e;
// 遍歷鏈表的下一個節點，如果下一個節點爲null了，說明到達鏈表
// 尾部還沒有找到key相同的node，此時新建一個節點鏈接到鏈表末尾
if ((e = e.next) == null) {
pred.next = new Node<K,V>(hash, key,
value, null);
break;
}
}
}
// 如果不是鏈表，判斷是否是紅黑樹節點
else if (f instanceof TreeBin) {
Node<K,V> p;
// 單純的置一個值
binCount = 2;
// 在紅黑樹裏操作，替換舊值或者新建node
// 如果不爲null，說明在樹裏找到相同的key了，返回了相應的節點
// 如果爲null，說明沒找到，在樹裏新插入這個節點進去
if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,
value)) != null) {
// 替換舊value
oldVal = p.val;
if (!onlyIfAbsent)
p.val = value;
}
}
}
}
// 當進入鏈表或樹遍歷時，才binCount != 0
if (binCount != 0) {
// 進入樹裏操作binCount=2，不會>=8。
// 所以只有進入了鏈表操作，並且鏈表節點>=8了才需要鏈表轉樹操作
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
treeifyBin(tab, i);
// 返回舊值
if (oldVal != null)
return oldVal;
break;
}
}
}
// 計數器+1，因爲能執行到說明是新建了一個節點，並不是替換value
addCount(1L, binCount);
return null;
}
}
接下來看下幫助擴容和擴容的實現：擴容代碼真的有點複雜，需要下更多的功夫來看懂，所以來日再更新
final Node<K,V>[] helpTransfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V> f) {
Node<K,V>[] nextTab; int sc;
// ForwardingNode是一個標誌性的類，它只會出現在擴容操作期間並且bin不爲null的時候，它是
// 連接兩個table的標誌，ForwardingNode節點會出現在每個bin的頭節點處，指向nextTable
if (tab != null && (f instanceof ForwardingNode) &&
(nextTab = ((ForwardingNode<K,V>)f).nextTable) != null) {
//
int rs = resizeStamp(tab.length);
while (nextTab == nextTable && table == tab &&
(sc = sizeCtl) < 0) {
if ((sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs || sc == rs + 1 ||
sc == rs + MAX_RESIZERS || transferIndex <= 0)
break;
if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1)) {
transfer(tab, nextTab);
break;
}
}
return nextTab;
}
return table;
}
// 把bin放到新的table裏面去,通過forwarding節點來控制多線程情況下是否跳過當前節點去擴容
private final void transfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V>[] nextTab) {
int n = tab.length, stride;
if ((stride = (NCPU > 1) ? (n >>> 3) / NCPU : n) < MIN_TRANSFER_STRIDE)
stride = MIN_TRANSFER_STRIDE; // subdivide range
// 如果是開始擴容的第一個線程到達，發現還沒開始，就新建一個兩倍容量的nextTable
if (nextTab == null) { // initiating
try {
@SuppressWarnings("unchecked")
Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n << 1];
nextTab = nt;
} catch (Throwable ex) { // try to cope with OOME
sizeCtl = Integer.MAX_VALUE;
return;
}
nextTable = nextTab;
transferIndex = n;
}
int nextn = nextTab.length;
// 新建標誌類頭節點，它的hash值爲-1，其他值爲null，fwd.nextTable=nextTab
ForwardingNode<K,V> fwd = new ForwardingNode<K,V>(nextTab);
// 併發擴容的關鍵屬性,等於true,說明此節點已經處理過
boolean advance = true;
// 擴容完成標誌
boolean finishing = false; // to ensure sweep before committing nextTab
// 死循環遍歷，直到完成擴容
for (int i = 0, bound = 0;;) {
Node<K,V> f; int fh;
while (advance) {
int nextIndex, nextBound;
if (--i >= bound || finishing)
advance = false;
else if ((nextIndex = transferIndex) <= 0) {
i = -1;
advance = false;
}
else if (U.compareAndSwapInt
(this, TRANSFERINDEX, nextIndex,
nextBound = (nextIndex > stride ?
nextIndex - stride : 0))) {
bound = nextBound;
i = nextIndex - 1;
advance = false;
}
}
if (i < 0 || i >= n || i + n >= nextn) {
int sc;
if (finishing) {
nextTable = null;
table = nextTab;
sizeCtl = (n << 1) - (n >>> 1);
return;
}
if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc = sizeCtl, sc - 1)) {
if ((sc - 2) != resizeStamp(n) << RESIZE_STAMP_SHIFT)
return;
finishing = advance = true;
i = n; // recheck before commit
}
}
else if ((f = tabAt(tab, i)) == null)
advance = casTabAt(tab, i, null, fwd);
else if ((fh = f.hash) == MOVED)
advance = true; // already processed
else {
synchronized (f) {
if (tabAt(tab, i) == f) {
Node<K,V> ln, hn;
if (fh >= 0) {
int runBit = fh & n;
Node<K,V> lastRun = f;
for (Node<K,V> p = f.next; p != null; p = p.next) {
int b = p.hash & n;
if (b != runBit) {
runBit = b;
lastRun = p;
}
}
if (runBit == 0) {
ln = lastRun;
hn = null;
}
else {
hn = lastRun;
ln = null;
}
for (Node<K,V> p = f; p != lastRun; p = p.next) {
int ph = p.hash; K pk = p.key; V pv = p.val;
if ((ph & n) == 0)
ln = new Node<K,V>(ph, pk, pv, ln);
else
hn = new Node<K,V>(ph, pk, pv, hn);
}
setTabAt(nextTab, i, ln);
setTabAt(nextTab, i + n, hn);
setTabAt(tab, i, fwd);
advance = true;
}
else if (f instanceof TreeBin) {
TreeBin<K,V> t = (TreeBin<K,V>)f;
TreeNode<K,V> lo = null, loTail = null;
TreeNode<K,V> hi = null, hiTail = null;
int lc = 0, hc = 0;
for (Node<K,V> e = t.first; e != null; e = e.next) {
int h = e.hash;
TreeNode<K,V> p = new TreeNode<K,V>
(h, e.key, e.val, null, null);
if ((h & n) == 0) {
if ((p.prev = loTail) == null)
lo = p;
else
loTail.next = p;
loTail = p;
++lc;
}
else {
if ((p.prev = hiTail) == null)
hi = p;
else
hiTail.next = p;
hiTail = p;
++hc;
}
}
ln = (lc <= UNTREEIFY_THRESHOLD) ? untreeify(lo) :
(hc != 0) ? new TreeBin<K,V>(lo) : t;
hn = (hc <= UNTREEIFY_THRESHOLD) ? untreeify(hi) :
(lc != 0) ? new TreeBin<K,V>(hi) : t;
setTabAt(nextTab, i, ln);
setTabAt(nextTab, i + n, hn);
setTabAt(tab, i, fwd);
advance = true;
}
}
}
}
}
}