concurrenthashmap你經(jīng)常用，但你可能并不了解

ConcurrentHashMap 和 HashMap 思路是差不多的，但是因?yàn)樗С植l(fā)操作，所以要復(fù)雜一些。

整個(gè) ConcurrentHashMap 由一個(gè)個(gè) Segment 組成，Segment 代表”部分“或”一段“的意思，所以很多地方都會將其描述為分段鎖。注意，行文中，我很多地方用了“槽”來代表一個(gè) segment。

簡單理解就是，ConcurrentHashMap 是一個(gè) Segment 數(shù)組，Segment 通過繼承 ReentrantLock 來進(jìn)行加鎖，所以每次需要加鎖的操作鎖住的是一個(gè) segment，這樣只要保證每個(gè) Segment 是線程安全的，也就實(shí)現(xiàn)了全局的線程安全。

concurrencyLevel：并行級別、并發(fā)數(shù)、Segment 數(shù)，怎么翻譯不重要，理解它。默認(rèn)是 16，也就是說 ConcurrentHashMap 有 16 個(gè) Segments，所以理論上，這個(gè)時(shí)候，最多可以同時(shí)支持 16 個(gè)線程并發(fā)寫，只要它們的操作分別分布在不同的 Segment 上。這個(gè)值可以在初始化的時(shí)候設(shè)置為其他值，但是一旦初始化以后，它是不可以擴(kuò)容的。

再具體到每個(gè) Segment 內(nèi)部，其實(shí)每個(gè) Segment 很像之前介紹的 HashMap，不過它要保證線程安全，所以處理起來要麻煩些。

初始化

initialCapacity：初始容量，這個(gè)值指的是整個(gè) ConcurrentHashMap 的初始容量，實(shí)際操作的時(shí)候需要平均分給每個(gè) Segment。

loadFactor：負(fù)載因子，之前我們說了，Segment 數(shù)組不可以擴(kuò)容，所以這個(gè)負(fù)載因子是給每個(gè) Segment 內(nèi)部使用的。

初始化完成，我們得到了一個(gè) Segment 數(shù)組。

我們就當(dāng)是用 new ConcurrentHashMap() 無參構(gòu)造函數(shù)進(jìn)行初始化的，那么初始化完成后：

• Segment 數(shù)組長度為 16，不可以擴(kuò)容
• Segment[i] 的默認(rèn)大小為 2，負(fù)載因子是 0.75，得出初始閾值為 1.5，也就是以后插入第一個(gè)元素不會觸發(fā)擴(kuò)容，插入第二個(gè)會進(jìn)行第一次擴(kuò)容
• 這里初始化了 segment[0]，其他位置還是 null，至于為什么要初始化 segment[0]，后面的代碼會介紹
• 當(dāng)前 segmentShift 的值為 32 – 4 = 28，segmentMask 為 16 – 1 = 15，姑且把它們簡單翻譯為移位數(shù)和掩碼，這兩個(gè)值馬上就會用到

put 過程分析

我們先看 put 的主流程，對于其中的一些關(guān)鍵細(xì)節(jié)操作，后面會進(jìn)行詳細(xì)介紹。

第一層皮很簡單，根據(jù) hash 值很快就能找到相應(yīng)的 Segment，之后就是 Segment 內(nèi)部的 put 操作了。

Segment 內(nèi)部是由 數(shù)組+鏈表 組成的。

整體流程還是比較簡單的，由于有獨(dú)占鎖的保護(hù)，所以 segment 內(nèi)部的操作并不復(fù)雜。至于這里面的并發(fā)問題，我們稍后再進(jìn)行介紹。

到這里 put 操作就結(jié)束了，接下來，我們說一說其中幾步關(guān)鍵的操作。

初始化槽: ensureSegment

ConcurrentHashMap 初始化的時(shí)候會初始化第一個(gè)槽 segment[0]，對于其他槽來說，在插入第一個(gè)值的時(shí)候進(jìn)行初始化。

這里需要考慮并發(fā)，因?yàn)楹芸赡軙卸鄠€(gè)線程同時(shí)進(jìn)來初始化同一個(gè)槽 segment[k]，不過只要有一個(gè)成功了就可以。

總的來說，ensureSegment(int k) 比較簡單，對于并發(fā)操作使用 CAS 進(jìn)行控制。

我沒搞懂這里為什么要搞一個(gè) while 循環(huán)，CAS 失敗不就代表有其他線程成功了嗎，為什么要再進(jìn)行判斷？

獲取寫入鎖: scanAndLockForPut

前面我們看到，在往某個(gè) segment 中 put 的時(shí)候，首先會調(diào)用 node = tryLock() ? null : scanAndLockForPut(key, hash, value)，也就是說先進(jìn)行一次 tryLock() 快速獲取該 segment 的獨(dú)占鎖，如果失敗，那么進(jìn)入到 scanAndLockForPut 這個(gè)方法來獲取鎖。

下面我們來具體分析這個(gè)方法中是怎么控制加鎖的。

這個(gè)方法有兩個(gè)出口，一個(gè)是 tryLock() 成功了，循環(huán)終止，另一個(gè)就是重試次數(shù)超過了 MAX_SCAN_RETRIES，進(jìn)到 lock() 方法，此方法會阻塞等待，直到成功拿到獨(dú)占鎖。

這個(gè)方法就是看似復(fù)雜，但是其實(shí)就是做了一件事，那就是獲取該 segment 的獨(dú)占鎖，如果需要的話順便實(shí)例化了一下 node。

擴(kuò)容: rehash

重復(fù)一下，segment 數(shù)組不能擴(kuò)容，擴(kuò)容是 segment 數(shù)組某個(gè)位置內(nèi)部的數(shù)組 HashEntry\[] 進(jìn)行擴(kuò)容，擴(kuò)容后，容量為原來的 2 倍。

首先，我們要回顧一下觸發(fā)擴(kuò)容的地方，put 的時(shí)候，如果判斷該值的插入會導(dǎo)致該 segment 的元素個(gè)數(shù)超過閾值，那么先進(jìn)行擴(kuò)容，再插值，讀者這個(gè)時(shí)候可以回去 put 方法看一眼。

該方法不需要考慮并發(fā)，因?yàn)榈竭@里的時(shí)候，是持有該 segment 的獨(dú)占鎖的。

這里的擴(kuò)容比之前的 HashMap 要復(fù)雜一些，代碼難懂一點(diǎn)。上面有兩個(gè)挨著的 for 循環(huán)，第一個(gè) for 有什么用呢？

仔細(xì)一看發(fā)現(xiàn)，如果沒有第一個(gè) for 循環(huán)，也是可以工作的，但是，這個(gè) for 循環(huán)下來，如果 lastRun 的后面還有比較多的節(jié)點(diǎn)，那么這次就是值得的。因?yàn)槲覀冎恍枰寺?lastRun 前面的節(jié)點(diǎn)，后面的一串節(jié)點(diǎn)跟著 lastRun 走就是了，不需要做任何操作。

我覺得 Doug Lea 的這個(gè)想法也是挺有意思的，不過比較壞的情況就是每次 lastRun 都是鏈表的最后一個(gè)元素或者很靠后的元素，那么這次遍歷就有點(diǎn)浪費(fèi)了。不過 Doug Lea 也說了，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，如果使用默認(rèn)的閾值，大約只有 1/6 的節(jié)點(diǎn)需要克隆。

get 過程分析

相對于 put 來說，get 真的不要太簡單。

1. 計(jì)算 hash 值，找到 segment 數(shù)組中的具體位置，或我們前面用的“槽”
2. 槽中也是一個(gè)數(shù)組，根據(jù) hash 找到數(shù)組中具體的位置
3. 到這里是鏈表了，順著鏈表進(jìn)行查找即可

并發(fā)問題分析

現(xiàn)在我們已經(jīng)說完了 put 過程和 get 過程，我們可以看到 get 過程中是沒有加鎖的，那自然我們就需要去考慮并發(fā)問題。

添加節(jié)點(diǎn)的操作 put 和刪除節(jié)點(diǎn)的操作 remove 都是要加 segment 上的獨(dú)占鎖的，所以它們之間自然不會有問題，我們需要考慮的問題就是 get 的時(shí)候在同一個(gè) segment 中發(fā)生了 put 或 remove 操作。

1. put 操作的線程安全性。
   • 初始化槽，這個(gè)我們之前就說過了，使用了 CAS 來初始化 Segment 中的數(shù)組。
   • 添加節(jié)點(diǎn)到鏈表的操作是插入到表頭的，所以，如果這個(gè)時(shí)候 get 操作在鏈表遍歷的過程已經(jīng)到了中間，是不會影響的。當(dāng)然，另一個(gè)并發(fā)問題就是 get 操作在 put 之后，需要保證剛剛插入表頭的節(jié)點(diǎn)被讀取，這個(gè)依賴于 setEntryAt 方法中使用的 UNSAFE.putOrderedObject。
   • 擴(kuò)容。擴(kuò)容是新創(chuàng)建了數(shù)組，然后進(jìn)行遷移數(shù)據(jù)，最后面將 newTable 設(shè)置給屬性 table。所以，如果 get 操作此時(shí)也在進(jìn)行，那么也沒關(guān)系，如果 get 先行，那么就是在舊的 table 上做查詢操作；而 put 先行，那么 put 操作的可見性保證就是 table 使用了 volatile 關(guān)鍵字。
2. remove 操作的線程安全性。

   remove 操作我們沒有分析源碼，所以這里說的讀者感興趣的話還是需要到源碼中去求實(shí)一下的。

   get 操作需要遍歷鏈表，但是 remove 操作會”破壞”鏈表。

   如果 remove 破壞的節(jié)點(diǎn) get 操作已經(jīng)過去了，那么這里不存在任何問題。

   如果 remove 先破壞了一個(gè)節(jié)點(diǎn)，分兩種情況考慮。 1、如果此節(jié)點(diǎn)是頭結(jié)點(diǎn)，那么需要將頭結(jié)點(diǎn)的 next 設(shè)置為數(shù)組該位置的元素，table 雖然使用了 volatile 修飾，但是 volatile 并不能提供數(shù)組內(nèi)部操作的可見性保證，所以源碼中使用了 UNSAFE 來操作數(shù)組，請看方法 setEntryAt。2、如果要刪除的節(jié)點(diǎn)不是頭結(jié)點(diǎn)，它會將要刪除節(jié)點(diǎn)的后繼節(jié)點(diǎn)接到前驅(qū)節(jié)點(diǎn)中，這里的并發(fā)保證就是 next 屬性是 volatile 的。

網(wǎng)站題目：concurrenthashmap你經(jīng)常用，但你可能并不了解
文章源于：http://www.muchs.cn/news11/105161.html

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