jdk源碼分析之ConcurrentHashMap分析

• ConcurrentHashMap 是java提供的一個線程安全的鍵值對集合，其採用分段鎖的模式提高了其併發度。

public class ConcurrentHashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
    implements ConcurrentMap<K,V>, Serializable {
    
       private static final int DEFAULT_CAPACITY = 16;
        // 併發級別 
        private static final int DEFAULT_CONCURRENCY_LEVEL = 16;
        // 存儲數組
       transient volatile Node<K,V>[] table;
        // 控制多線程數組的初始化操作。 volite 保證了其可見性。禁止重排序
        private transient volatile int sizeCtl;
    
    // 存儲方法
    public V put(K key, V value) {
        return putVal(key, value, false);
    }

       final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
        // key value 都不能爲null.這個和HashMap不一樣。
        if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
        // 對key 的哈希碼做一些處理。
        int hash = spread(key.hashCode());
        int binCount = 0;
        // 無限循環，除非break
        for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
            Node<K,V> f; int n, i, fh;
            // 初始化數組爲null或長度爲0 ，則調用初始化方法進行。
            if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
                tab = initTable();
            // 獲取i位置上的元素，爲null則繼續。
            else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
                //通過CAS操作插入節點
                if (casTabAt(tab, i, null,
                             new Node<K,V>(hash, key, value, null)))
                    break;                   // no lock when adding to empty bin
            }
            // 如果已存在元素且元素的hash值爲-1 則說明在擴容遷移中
            else if ((fh = f.hash) == MOVED)
                tab = helpTransfer(tab, f);
            else {
                V oldVal = null;
                //對已存在的節點鏈表的首節點進行加鎖，進行操作。這裏已經產生hash碰撞
                synchronized (f) {
                    // 判斷i位置的節點是否等於f,如果該節點的鏈表存儲被轉化爲樹節點存儲，那麼這裏就會不相等。
                    if (tabAt(tab, i) == f) {
                        if (fh >= 0) {
                            binCount = 1;
                            //循環查找
                            for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {
                                K ek;
                                  // 如果鏈表中已經存在會當前要插入的key，則會覆蓋值。
                                if (e.hash == hash &&
                                    ((ek = e.key) == key ||
                                     (ek != null && key.equals(ek)))) {
                                    oldVal = e.val;
                                    // 可修改的則覆蓋
                                    if (!onlyIfAbsent)
                                        e.val = value;
                                    break;
                                }
                                Node<K,V> pred = e;
                                // 找到尾節點插入
                                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;
                              //樹節點插入
                            if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,
                                                           value)) != null) {
                                oldVal = p.val;
                                if (!onlyIfAbsent)
                                    p.val = value;
                            }
                        }
                    }
                }
                // binCount  大於0則代表是hash碰撞產生
                if (binCount != 0) {
                    //大於等於8則將該節點對應的鏈表轉化爲紅黑樹存儲
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
                        treeifyBin(tab, i);
                    //如果不是覆蓋，則返回null.覆蓋原來節點的值則返回原來存儲的值。
                    if (oldVal != null)
                        return oldVal;
                    break;
                }
            }
        }
        //這裏會設置BaseCount的值，用來計算size大小。bincount代表插入位置鏈表的長度或者插入節點爲樹節點
        // 1L 代表basecount加1.
        addCount(1L, binCount);
        return null;
    }

    
    // 初始化table 方法
    private final Node<K,V>[] initTable() {
        Node<K,V>[] tab; int sc;
        while ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
                // 如果sizeCtl 小於0，說明應該有其他線程在操作，則當前線程調用yield 方法
            //暫停當前線程執行，當前線程由運行狀態變爲可執行狀態
            if ((sc = sizeCtl) < 0)
                Thread.yield(); // lost initialization race; just spin
            // 否則嘗試使用CAS設置sizeCtl 的值爲-1   SIZECTL 標識sizeCtl  變量相對於this對象的偏移量，sc是原來的值0，比較當前對象位置上sizeCtl   的存儲值是否等於0，等於則設置sizeCtl  值爲-1.即先比較後交換。比較原來的值和當前次對象位置上存儲的值是否相等，相等代表沒有其他線程修改過，則可以安全的更新值。CAS是比較常用的搭配volite 關鍵字實現原子性對變量的更新操作。
            else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {
                try {
                    if ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
                        int n = (sc > 0) ? sc : DEFAULT_CAPACITY;
                        // 默認長度16，構建長度16的node節點數組。
                        @SuppressWarnings("unchecked")
                        Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n];
                        table = tab = nt;
                        sc = n - (n >>> 2);
                    }
                } finally {
                    sizeCtl = sc;
                }
                //初始化完成，退出循環。
                break;
            }
        }
        // 返回tab
        return tab;
    }
        
    // 獲取數組i位置的元素。unsafe 操作是一個線程安全的操作。
     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);
    }


}

• 通過以上的源碼分析：我們可以看到jdk1.8 實現的ConcurrentHashMap 底層數據結構是數組+鏈表+紅黑樹，通過CAS和synchronized 來控制多線程下併發訪問。通過對node節點的加鎖那麼隻影響當前加鎖的鏈表數組。
• 通過basecount+CounterCell[] 數組來計算size。basecount在無競爭的情況下就足夠使用了。