JDK1.8 ConcurrentHashMap原始碼閱讀

不要亂摸發表於2018-11-25

1.  帶著問題去閱讀

為什麼說ConcurrentHashMap是執行緒安全的?或者說 ConcurrentHashMap是如何防止併發的?

2.  欄位和常量

首先,來看一下ConcurrentHashMap中的一些欄位和常量,這些在接下來的操作中會用得到

2.1.  常量

從中,我們可以獲得以下資訊:

  1. 陣列的預設容量是16,最大容量是1<<30
  2. 當新增元素的時候,將列表轉成樹的閾值是8。也就是說,相同位置上多個元素是以連結串列的形式儲存的,而當連結串列的長度(元素的個數)超過8時,將其轉為樹
  3. 在對陣列擴容的時候,當樹中元素個數小於或等於6時,將樹轉成連結串列

2.2.  欄位

從這些欄位中,我們可以獲得以下資訊:

  1. 底層是一個陣列,且陣列的型別是Node,延遲初始化,更重要的是它被 volatile 修飾
  2. sizeCtl是用於陣列初始化和擴容的,當它是負數的時候,表示陣列正在進行初始化或擴容,-1表示正在初始化,同時應該注意到它也被 volatile 修飾

2.3.  內部類

對比1.7裡面的HashMap不難發現:

  1. Node繼承自Map.Entry
  2. 其 value 和 next 都用 volatile 修飾

可以看到,TreeNode繼承自Node,主要用於樹形結構中。也就是說,TreeNode表示樹中的結點。

還有一個TreeBin也是繼承自Node

TreeBin表示整個樹,TreeNode表示樹中的結點

正常情況下,陣列中某個位置的元素應該是Node,而Node是一個連結串列,它後面可能跟了多個Node。

但是,某個位置的節點個數超過閾值(預設8)時,將這個連結串列轉成紅黑樹,那麼此後陣列中這個位置的元素就是TreeBin

也就是說,Node表示連結串列中的節點,TreeNode表示樹中的節點,TreeBin表示樹

3.  操作

3.1.  put

這裡,再多看一眼,剛才的putTreeVal()方法

總的來說,是先插入,後調整

大致流程是這樣的:

  1. 如果陣列為空,則先初始化陣列
  2. 根據key計算雜湊值,進而計算應該在陣列的什麼位置
  3. 取出該位置上的元素,如果為空,則直接構造一個Node,並將元素放置於此
  4. 如果該位置上的元素不為空,則進一步判斷是連結串列還是樹(PS:Node還是TreeBin)
  5. 如果是Node,則遍歷連結串列,如果發現有key相同的元素,則用新值替換舊值,否則構造Node,並將其插入到連結串列尾部
  6. 如果是TreeBin,則遍歷樹,若發現相同key的節點,則用新值替換舊值,否則構造TreeNode,並將其插入到樹中
  7. 插入完成以後,最後再看一下要不要轉成樹型結構
  8. 如果舊值不為空,則返回舊值

3.2.  resize

在上一步的put操作中,如果陣列正在擴容,則幫助擴容

下面看一下擴容

我以前在理解上一直有一個誤區,以前我一直以為在陣列相同位置上的元素的雜湊值都相同,今天我恍然大悟,原來不是這樣的,這些元素之所以會在同一個位置是因為通過key的雜湊值再結合陣列長度計算得出該元素應該在這個位置上,而不同的雜湊值可能經過計算也在同一個位置,所以,相同位置的元素的hash值不一定相同,或者說,連結串列上的元素的hash並不一定都相同,只是恰巧它們在陣列的位置相同而已。

擴容是這樣的:

  1. 新陣列的長度是原來的2倍
  2. 根據不同位置的元素的結構有不同的方式
  3. 不管原來是連結串列結構還是樹型結構,擴容以後都變成兩部分,一部分是hash&n為0的,另一部分是hash&n不為0的,其中n為原陣列的長度
  4. 對於那些hash&n==0的結點,它們在新陣列中的位置保持不變,也就是說它們原先在舊陣列中是什麼位置,現在在新陣列中還是什麼位置
  5. 對於那些hash&n != 0的節點,它們在新陣列中的位置相比於之前在舊陣列中的位置是向後移動了n
  6. 每個位置在遷移的時候都加鎖了
  7. 擴容後,原來在舊陣列中在相同位置的結點在新陣列中未必還在相同的位置
  8. 擴容後,連結串列沒有倒置
  9. 由於遷移到新陣列中時,會將原先一棵樹分成兩部分(跟連結串列一樣),所以分出來的樹中如果結點數小於或等於6,則轉成連結串列

下面是一個示意圖,不必拘泥細節,重在意思

3.3.  get和remove

刪除和獲取相對比較簡單,不再贅述

 

至此,可以回答開頭我們提出的問題了

sychronized + volatile + CAS

插入、刪除、擴容的時候都對陣列中相應位置的元素加鎖了,加鎖用的是synchronized

table陣列、Node中的val和next、以及一些控制欄位都加了volatile

在更新一些關鍵變數的時候用到了sun.misc.Unsafe中的一些方法

 

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