注：本文根据网络和部分书籍整理基于JDK1.7书写，如有雷同敬请谅解 欢迎指正文中的错误之处。
数据结构
ConcurrentHashMap 1.8 抛弃了Segment分段锁机制，采用Node + CAS + Synchronized来保证并发安全进行实现，采用table数组＋链表＋红黑树的存储结构。以table数组元素作为锁，利用CAS+Synchronized来保证并发更新的安全，从而实现了对每个数组元素（Node）进行加锁，进一步减少并发冲突的概率。结构如下：
注：1、对于个数超过8(默认值)的列表，jdk1.8中采用了红黑树的结构，那么查询的时间复杂度可以降低到O(logN)，可以改进性能。
2、新增字段 transient volatile CounterCell[] counterCells可方便的计算hashmap中所有元素的个数，性能大大优于jdk1.7中的size()方法。
3、Unsafe.getObjectVolatile可以直接获取指定内存的数据，保证了每次拿到数据都是最新的。
4、在JDK1.8中，仅在构造器中确保初始容量>=concurrentLevel，为兼容旧版本而保留；
重要属性
baseCount：元素的个数，当插入新数据或则删除数据时，会通过addCount()方法更新baseCount
sizeCtl：hash表初始化或扩容时的一个控制位标识量。
负数代表正在进行初始化或扩容操作。
-1代表正在初始化
-N 表示有N-1个线程正在进行扩容操作
正数或0代表hash表还没有被初始化，这个数值表示初始化或下一次进行扩容的大小，这一点类似于扩容阈值的概念。它的值始终是当前ConcurrentHashMap容量的0.75倍，这与loadfactor是对应的。
重要类
Node ：最核心的内部类，它包装了key-value键值对，所有插入ConcurrentHashMap的数据都包装在这里面。它与HashMap中的定义很相似，但是但是有一些差别它对value和next属性设置了volatile同步锁(与JDK7的Segment相同)，它不允许调用setValue方法直接改变Node的value域，它增加了find方法辅助map.get()方法。
TreeNode：树节点类，另外一个核心的数据结构。当链表长度过长的时候，会转换为TreeNode。但是与HashMap不相同的是，它并不是直接转换为红黑树，而是把这些结点包装成TreeNode放在TreeBin对象中，由TreeBin完成对红黑树的包装。而且TreeNode在ConcurrentHashMap集成自Node类，而并非HashMap中的集成自LinkedHashMap.Entry<K,V>类，也就是说TreeNode带有next指针，这样做的目的是方便基于TreeBin的访问。
TreeBin：这个类并不负责包装用户的key、value信息，而是包装的很多TreeNode节点。它代替了TreeNode的根节点，也就是说在实际的ConcurrentHashMap“数组”中，存放的是TreeBin对象，而不是TreeNode对象，这是与HashMap的区别。另外这个类还带有了读写锁。在构造TreeBin节点时，仅仅指定了它的hash值为TREEBIN常量，这也就是个标识。
ForwardingNode：一个用于连接两个table的节点类。它包含一个nextTable指针，用于指向下一张表。而且这个节点的key value next指针全部为null，它的hash值为-1. 这里面定义的find的方法是从nextTable里进行查询节点，而不是以自身为头节点进行查找。其中存储nextTable的引用。只有table发生扩容的时候，ForwardingNode才会发挥作用，作为一个占位符放在table中表示当前节点为null或则已经被移动。
核心方法
tabAt : 获得在i位置上的Node节点
casTabAt：利用CAS算法设置i位置上的Node节点。之所以能实现并发是因为他指定了原来这个节点的值是多少：在CAS算法中，会比较内存中的值与你指定的这个值是否相等，如果相等才接受你的修改，否则拒绝你的修改，因此当前线程中的值并不是最新的值，这种修改可能会覆盖掉其他线程的修改结果 有点类似于SVN
setTabAt：利用volatile方法设置节点位置的值
/* ---------------- Table element access -------------- */
/*
* Volatile access methods are used for table elements as well as
* elements of in-progress next table while resizing. All uses of
* the tab arguments must be null checked by callers. All callers
* also paranoically precheck that tab's length is not zero (or an
* equivalent check), thus ensuring that any index argument taking
* the form of a hash value anded with (length - 1) is a valid
* index. Note that, to be correct wrt arbitrary concurrency
* errors by users, these checks must operate on local variables,
* which accounts for some odd-looking inline assignments below.
* Note that calls to setTabAt always occur within locked regions,
* and so in principle require only release ordering, not
* full volatile semantics, but are currently coded as volatile
* writes to be conservative.
*/
@SuppressWarnings("unchecked")
static final <K,V> Node<K,V> tabAt(Node<K,V>[] tab, int i) {
return (Node<K,V>)U.getObjectVolatile(tab, ((long)i << ASHIFT) + ABASE);
}
static final <K,V> boolean casTabAt(Node<K,V>[] tab, int i, Node<K,V> c, Node<K,V> v) {
return U.compareAndSwapObject(tab, ((long)i << ASHIFT) + ABASE, c, v);
}
static final <K,V> void setTabAt(Node<K,V>[] tab, int i, Node<K,V> v) {
U.putObjectVolatile(tab, ((long)i << ASHIFT) + ABASE, v);
}
put操作
利用spread方法对key的hashcode进行一次hash计算，来确定这个值在table中的位置
- 如果相应位置的Node还未初始化，则通过CAS插入相应的数据；
- 如果相应位置的Node不为空，且当前该节点不处于移动状态，则对该节点加synchronized锁，
- 如果该节点的hash>0，则得到的结点就是hash值相同的节点组成的链表的头节点，则遍历链表更新节点或向后遍历，直到链表尾插入新节点。
- 如果该节点是TreeBin类型的节点，说明是红黑树结构，则调用红黑树的插值方法putTreeVal插入新节点；
- 如果binCount不为0，说明put操作对数据产生了影响，如果当前链表的个数达到8个，则通过treeifyBin方法转化为红黑树，如果oldVal不为空，说明是一次更新操作，没有对元素个数产生影响，则直接返回旧值；
- 如果插入的是一个新节点，则执行addCount()方法尝试更新元素个数baseCount；
/** * Maps the specified key to the specified value in this table. * Neither the key nor the value can be null. * * <p>The value can be retrieved by calling the {@code get} method * with a key that is equal to the original key. * * @param key key with which the specified value is to be associated * @param value value to be associated with the specified key * @return the previous value associated with {@code key}, or * {@code null} if there was no mapping for {@code key} * @throws NullPointerException if the specified key or value is null */ 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) { 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; if (tab == null || (n = tab.length) == 0) tab = initTable(); 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 } else if ((fh = f.hash) == MOVED) tab = helpTransfer(tab, f); else { V oldVal = null; synchronized (f) { if (tabAt(tab, i) == f) { if (fh >= 0) { binCount = 1; 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; if ((e = e.next) == null) { pred.next = new Node<K,V>(hash, key, value, null); break; } } } 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) { if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD) treeifyBin(tab, i); if (oldVal != null) return oldVal; break; } } } addCount(1L, binCount); return null; }
get操作
1、计算hash 值， 根据 hash 值找到数组对应位置: (n – 1) & h
2、根据该位置处节点性质进行相应查找
如果该位置为 null，那么直接返回 null 就可以了
如果该位置节点key与传入的key相同且不为null，直接返回value值。
如果该位置节点的 hash 值小于 0，说明正在扩容，或者是红黑树，find查找返回value值
如果是链表，进行遍历返回value值。
/**
* Returns the value to which the specified key is mapped,
* or {@code null} if this map contains no mapping for the key.
*
* <p>More formally, if this map contains a mapping from a key
* {@code k} to a value {@code v} such that {@code key.equals(k)},
* then this method returns {@code v}; otherwise it returns
* {@code null}. (There can be at most one such mapping.)
*
* @throws NullPointerException if the specified key is null
*/
public V get(Object key) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> e, p; int n, eh; K ek;
int h = spread(key.hashCode());
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;
}
size()操作
- 初始化时counterCells为空，在并发量很高时，如果存在两个线程同时执行CAS修改baseCount值，则失败的线程会继续执行方法体中的逻辑，使用CounterCell记录元素个数的变化；
- 如果CounterCell数组counterCells为空，调用fullAddCount()方法进行初始化，并插入对应的记录数，通过CAS设置cellsBusy字段，只有设置成功的线程才能初始化CounterCell数组
- 如果通过CAS设置cellsBusy字段失败的话，则继续尝试通过CAS修改baseCount字段，如果修改baseCount字段成功的话，就退出循环，否则继续循环插入CounterCell对象；
1.8中元素个数保存baseCount中，部分元素的变化个数保存在CounterCell数组中，通过累加baseCount和CounterCell数组中的数量，即可得到元素的总个数；
/**
* {@inheritDoc}
*/
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;
}
CAS算法
CAS算法包含三个参数CAS(V, E, N)，判断预期值E和内存旧值是否相同(Compare)，如果相等用新值N覆盖旧值V(Swap)，否则失败不会执行任何操作；当多个线程尝试使用CAS同时更新同一个变量时，只有其中一个线程能更新变量的值，其他线程失败（失败线程不会被阻塞，而是被告知“失败”，可以继续尝试）；
CAS在硬件层面可以被编译为机器指令执行，因此性能高于基于锁占有方式实现线程安全；