基于JDK1.8的ConcurrentHashMap分析

2018-03-01 07:50:28来源:cnblogs.com作者:wenbochang人点击

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之前看过ConcurrentHashMap的分析,感觉也了解的七七八八了。但昨晚接到了面试,让我把所知道的ConcurrentHashMap全部说出来。

然后我结结巴巴,然后应该毫无意外的话就G了,今天下定决心好好分析一下,这个万能的并发包,ConcurrentHashMap

分一下几个方面分析ConcurrentHashMap:

  • put方法
  • remove方法
  • get方法

(一)put方法

1 public V put(K key, V value) {2     return putVal(key, value, false);3 }

调用了putVal方法,传入三个参数。第一个为key,第二个为val,第三个为onlyIfAbsent(意思为: 如果为true,当插入的key相同时,不替换val值,默认是为false,替换最新的val值)

putVal方法比较多,我们分两个部分讲:

 1 //第一部分 2 final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) { 3     //对传入的参数进行合法性判断 4     if (key == null || value == null) throw new NullPointerException(); 5     //计算键所对应的 hash 值 6     int hash = spread(key.hashCode()); 7     int binCount = 0; 8     for (Node<K,V>[] tab = table;;) { 9         Node<K,V> f; int n, i, fh;10         //如果哈希表还未初始化,那么初始化它11         if (tab == null || (n = tab.length) == 0)12             tab = initTable();13         //根据键的 hash 值找到哈希数组相应的索引位置14         //如果为空,那么以CAS无锁式向该位置添加一个节点15         else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {16             if (casTabAt(tab, i, null,17                          new Node<K,V>(hash, key, value, null)))18                 break;                   19         }

我们看到第四行,如果key和val都为null,直接抛出异常,所以不能传入key和val都不能为null。

第二个注意点是 散列这个函数

1 static final int spread(int h) {2     return (h ^ (h >>> 16)) & HASH_BITS;3 }

我在HashMap里面有介绍,我就不详细说了,反正很重要。

第三个注意点就是初始化table这个函数initTable

 1 private final Node<K,V>[] initTable() { 2     Node<K,V>[] tab; int sc; 3     //如果表为空才进行初始化操作 4     while ((tab = table) == null || tab.length == 0) { 5         //sizeCtl 小于零说明已经有线程正在进行初始化操作 6         //当前线程应该放弃 CPU 的使用 7         if ((sc = sizeCtl) < 0) 8             Thread.yield(); // lost initialization race; just spin 9         //否则说明还未有线程对表进行初始化,那么本线程就来做这个工作10         else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {11             //保险起见,再次判断下表是否为空12             try {13                 if ((tab = table) == null || tab.length == 0) {14                     //sc 大于零说明容量已经初始化了,否则使用默认容量15                     int n = (sc > 0) ? sc : DEFAULT_CAPACITY;16                     @SuppressWarnings("unchecked")17                     //根据容量构建数组18                     Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n];19                     table = tab = nt;20                     //计算阈值,等效于 n*0.7521                     sc = n - (n >>> 2);22                 }23             } finally {24                 //设置阈值25                 sizeCtl = sc;26             }27             break;28         }29     }30     return tab;31 }

我们看到第7,8行。如果有线程在初始化,那么那就等待,让出cpu。

初始化只允许一个线程对表进行初始化,如果不巧有其他线程进来了,那么会让其他线程交出 CPU 等待下次系统调度。这样,保证了表同时只会被一个线程初始化。

默认初始化为大小为16,阕值为0.75

我们重新回到putVal这个方法中去。

 1 //检测到桶结点是 ForwardingNode 类型,协助扩容 2 else if ((fh = f.hash) == MOVED) 3      tab = helpTransfer(tab, f); 4 //桶结点是普通的结点,锁住该桶头结点并试图在该链表的尾部添加一个节点 5 else { 6        V oldVal = null; 7        synchronized (f) { 8            if (tabAt(tab, i) == f) { 9               //向普通的链表中添加元素,无需赘述10               if (fh >= 0) {11                  binCount = 1;12                  for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {13                      K ek;14                      if (e.hash == hash &&((ek = e.key) == key ||(ek != null && key.equals(ek)))) {15                          oldVal = e.val;16                          if (!onlyIfAbsent)17                             e.val = value;18                             break;19                       }20                       Node<K,V> pred = e;21                       if ((e = e.next) == null) {22                          pred.next = new Node<K,V>(hash, key,value, null);23                          break;24                       }25                  }26            }27            //向红黑树中添加元素,TreeBin 结点的hash值为TREEBIN(-2)28            else if (f instanceof TreeBin) {29                Node<K,V> p;30                binCount = 2;31                  if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,                                      value)) != null) {32                    oldVal = p.val;33                    if (!onlyIfAbsent)34                       p.val = value;35                 }36            }37        }38    }39   //binCount != 0 说明向链表或者红黑树中添加或修改一个节点成功40   //binCount  == 0 说明 put 操作将一个新节点添加成为某个桶的首节点41   if (binCount != 0) {42          //链表深度超过 8 转换为红黑树43          if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)44              treeifyBin(tab, i);45          //oldVal != null 说明此次操作是修改操作46          //直接返回旧值即可,无需做下面的扩容边界检查47          if (oldVal != null)48              return oldVal;49            break;50         }51     }52 }53 //CAS 式更新baseCount,并判断是否需要扩容54 addCount(1L, binCount);55 //程序走到这一步说明此次 put 操作是一个添加操作,否则早就 return 返回了56 return null;

我们看到第三行,如果f的hash是MOVED,那么就帮助他扩容(说明至少有一个线程在扩容)

这个方法说实话我看的不太懂,我就在网上查了点资料:

首先,每个线程进来会先领取自己的任务区间,然后开始 --i 来遍历自己的任务区间,对每个桶进行处理。如果遇到桶的头结点是空的,那么使用 ForwardingNode 标识该桶已经被处理完成了。如果遇到已经处理完成的桶,直接跳过进行下一个桶的处理。如果是正常的桶,对桶首节点加锁,正常的迁移即可,迁移结束后依然会将原表的该位置标识位已经处理。

当 i < 0,说明本线程处理速度够快的,整张表的最后一部分已经被它处理完了,现在需要看看是否还有其他线程在自己的区间段还在迁移中。

putVal后面的代码就比较清楚了。如果是链表,就找到尾节点,插入即可。如果是红黑树,童谣插入即可。

至此,对于 put 方法的源码分析已经完全结束了,感觉真的很复杂。至此我感觉我都没有完全理解每一行代码是什么意思。

(二)remove方法

1 public V remove(Object key) {2     return replaceNode(key, null, null);3 }

三个参数,第一个为key,第二个为val,删除直接置为null,让gc来回收。第三个是Object cv,含义还不是很清楚。先继续看吧

我们还是分为两部分:

 1 //第一部分 2 final V replaceNode(Object key, V value, Object cv) { 3     //先找到key的位置 hash散列 4     int hash = spread(key.hashCode()); 5     for (Node<K,V>[] tab = table;;) { 6         Node<K,V> f; int n, i, fh; 7         //如果表为空,直接返回null 8         if (tab == null || (n = tab.length) == 0 || 9             (f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null)10             break;11         //如果有在扩容的线程,帮助他扩容12         else if ((fh = f.hash) == MOVED)13             tab = helpTransfer(tab, f);

首先遍历整张表的桶结点,如果表还未初始化或者无法根据参数的 hash 值定位到桶结点,那么将返回 null。

如果定位到的桶结点类型是 ForwardingNode 结点,调用 helpTransfer 协助扩容。

 1 else { 2     V oldVal = null; 3     boolean validated = false; 4     synchronized (f) { 5         if (tabAt(tab, i) == f) { 6             if (fh >= 0) { 7                 validated = true; 8                 for (Node<K,V> e = f, pred = null;;) { 9                     K ek;10                     if (e.hash == hash &&11                         ((ek = e.key) == key ||12                          (ek != null && key.equals(ek)))) {13                         V ev = e.val;14                         if (cv == null || cv == ev ||15                             (ev != null && cv.equals(ev))) {16                             oldVal = ev;17                             if (value != null)18                                 e.val = value;19                             else if (pred != null)20                                 pred.next = e.next;21                             else22                                 setTabAt(tab, i, e.next);23                         }24                         break;25                     }26                     pred = e;27                     if ((e = e.next) == null)28                         break;29                 }30             }31             else if (f instanceof TreeBin) {32                 validated = true;33                 TreeBin<K,V> t = (TreeBin<K,V>)f;34                 TreeNode<K,V> r, p;35                 if ((r = t.root) != null &&36                     (p = r.findTreeNode(hash, key, null)) != null) {37                     V pv = p.val;38                     if (cv == null || cv == pv ||39                         (pv != null && cv.equals(pv))) {40                         oldVal = pv;41                         if (value != null)42                             p.val = value;43                         else if (t.removeTreeNode(p))44                             setTabAt(tab, i, untreeify(t.first));45                     }46                 }47             }48         }49     }50     if (validated) {51         if (oldVal != null) {52             if (value == null)53                 addCount(-1L, -1);54             return oldVal;55         }56         break;57     }58 }

代码很多,但我觉得思路不难。就是找到那个桶以后,直接加锁。判断是链表还是树,然后删除即可。

(三)get方法

 1 public V get(Object key) { 2     Node<K,V>[] tab; Node<K,V> e, p; int n, eh; K ek; 3     int h = spread(key.hashCode()); 4     if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 && 5         (e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null) { 6         if ((eh = e.hash) == h) { 7             if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))) 8                 return e.val; 9         }10         else if (eh < 0)11             return (p = e.find(h, key)) != null ? p.val : null;12         while ((e = e.next) != null) {13             if (e.hash == h &&14                 ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))))15                 return e.val;16         }17     }18     return null;19 }

和HashMap的get方法大同小异。没有涉及到并发操作。直接取到key的hash值,如果是第一个节点,直接返回。否则while循环查找

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