Java中ConcurrentHashMap學習

ConcurrentHashMap融合了hashtable和hashmap二者的優勢。

hashtable是做了同步的，hashmap未考慮同步。所以hashmap在單執行緒情況下效率較高。hashtable在的多執行緒情況下，同步操作能保證程式執行的正確性。

但是hashtable每次同步執行的時候都要鎖住整個結構。看下圖：

圖左側清晰的標註出來，lock每次都要鎖住整個結構。

ConcurrentHashMap正是為了解決這個問題而誕生的。

ConcurrentHashMap鎖的方式是稍微細粒度的。 ConcurrentHashMap將hash表分為16個桶（預設值），諸如get,put,remove等常用操作只鎖當前需要用到的桶。

試想，原來 只能一個執行緒進入，現在卻能同時16個寫執行緒進入（寫執行緒才需要鎖定，而讀執行緒幾乎不受限制，之後會提到），併發性的提升是顯而易見的。

更令人驚訝的是ConcurrentHashMap的讀取併發，因為在讀取的大多數時候都沒有用到鎖定，所以讀取操作幾乎是完全的併發操作，而寫操作鎖定的粒度又非常細，比起之前又更加快速（這一點在桶更多時表現得更明顯些）。只有在求size等操作時才需要鎖定整個表。

而在迭代時，ConcurrentHashMap使用了不同於傳統集合的快速失敗迭代器的另一種迭代方式，我們稱為弱一致迭代器。在這種迭代方式中，當iterator被建立後集合再發生改變就不再是丟擲 ConcurrentModificationException，取而代之的是在改變時new新的資料從而不影響原有的數 據，iterator完成後再將頭指標替換為新的資料，這樣iterator執行緒可以使用原來老的資料，而寫執行緒也可以併發的完成改變，更重要的，這保證了多個執行緒併發執行的連續性和擴充套件性，是效能提升的關鍵。

下面分析ConcurrentHashMap的原始碼。主要是分析其中的Segment。因為操作基本上都是在Segment上的。先看Segment內部資料的定義。

 

從上圖可以看出，很重要的一個是table變數。是一個HashEntry的陣列。Segment就是把資料存放在這個陣列中的。除了這個量，還有諸如loadfactor、modcount等變數。

看segment的get 函式的實現：

加上hashentry的程式碼：

可以看出，hashentry是一個連結串列型的資料結構。

在segment的get函式中，通過getFirst函式得到第一個值，然後就是通過這個值的next，一路找到想要的那個物件。如果不空，則返回。如果為空，則可能是其他執行緒正在修改節點。比如上面說的弱一致迭代器在將指標更改為新值的過程。而之前的 get操作都未進行鎖定，根據bernstein條件，讀後寫或寫後讀都會引起資料的不一致，所以這裡要對這個e重新上鎖再讀一遍，以保證得到的是正確值。readValueUnderLock中就是用了lock()進行加鎖。

put操作已開始就鎖住了整個segment。這是因為修改操作時不能併發的。

同樣，remove操作也是如此(類似put，一開始就鎖住真個segment)。

但要注意一點區別，中間那個for迴圈是做什麼用的呢？（截圖未完全，可以自己找找程式碼檢視一下）。從程式碼來看，就是將定位之後的所有entry克隆並拼回前面去，但有必要嗎？每次刪除一個元素就要將那之前的元素克隆一遍？這點其實是由entry的不變性來決定的，仔細觀察entry定義，發現除了value，其他 所有屬性都是用final來修飾的，這意味著在第一次設定了next域之後便不能再改變它，取而代之的是將它之前的節點全都克隆一次。至於entry為什麼要設定為不變性，這跟不變性的訪問不需要同步從而節省時間有關。