基于JDK1.8的ConcurrentHashMap分析
基于JDK1.8的ConcurrentHashMap分析
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
public V put(K key, V value) {
return putVal(key, value, false);
}
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:
//第一部分
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
//对传入的参数进行合法性判断
if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
//计算键所对应的 hash 值
int hash = spread(key.hashCode());
int binCount = 0;
for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
Node<K,V> f; int n, i, fh;
//如果哈希表还未初始化,那么初始化它
if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
tab = initTable();
//根据键的 hash 值找到哈希数组相应的索引位置
//如果为空,那么以CAS无锁式向该位置添加一个节点
else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
if (casTabAt(tab, i, null,
new Node<K,V>(hash, key, value, null)))
break;
}
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
static final int spread(int h) {
return (h ^ (h >>> 16)) & HASH_BITS;
}
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
private final Node<K,V>[] initTable() {
Node<K,V>[] tab; int sc;
//如果表为空才进行初始化操作
while ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
//sizeCtl 小于零说明已经有线程正在进行初始化操作
//当前线程应该放弃 CPU 的使用
if ((sc = sizeCtl) < 0)
Thread.yield(); // lost initialization race; just spin
//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
else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {
//保险起见,再次判断下表是否为空
try {
if ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
//sc 大于零说明容量已经初始化了,否则使用默认容量
int n = (sc > 0) ? sc : DEFAULT_CAPACITY;
@SuppressWarnings("unchecked")
//根据容量构建数组
Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n];
table = tab = nt;
//计算阈值,等效于 n*0.75
sc = n - (n >>> 2);
}
} finally {
//设置阈值
sizeCtl = sc;
}
break;
}
}
return tab;
}
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。
//检测到桶结点是 ForwardingNode 类型,协助扩容
else if ((fh = f.hash) == MOVED)
tab = helpTransfer(tab, f);
//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
else {
V oldVal = null;
synchronized (f) {
if (tabAt(tab, i) == f) {
//向普通的链表中添加元素,无需赘述
if (fh >= 0) {
binCount = 1;
for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {
K ek;
if (e.hash == hash &&((ek = e.key) == key ||(ek != null && key.equals(ek)))) {
oldVal = e.val;
if (!onlyIfAbsent)
e.val = value;
break;
}
Node<K,V> pred = e;
if ((e = e.next) == null) {
pred.next = new Node<K,V>(hash, key,value, null);
break;
}
}
}
//向红黑树中添加元素,TreeBin 结点的hash值为TREEBIN(-2)
else if (f instanceof TreeBin) {
Node<K,V> p;
binCount = 2;
if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key, value)) != null) {
oldVal = p.val;
if (!onlyIfAbsent)
p.val = value;
}
}
}
}
//binCount != 0 说明向链表或者红黑树中添加或修改一个节点成功
//binCount == 0 说明 put 操作将一个新节点添加成为某个桶的首节点
if (binCount != 0) {
//链表深度超过 8 转换为红黑树
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
treeifyBin(tab, i);
//oldVal != null 说明此次操作是修改操作
//直接返回旧值即可,无需做下面的扩容边界检查
if (oldVal != null)
return oldVal;
break;
}
}
}
//CAS 式更新baseCount,并判断是否需要扩容
addCount(1L, binCount);
//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
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
public V remove(Object key) {
return replaceNode(key, null, null);
}
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:
//第一部分
final V replaceNode(Object key, V value, Object cv) {
//先找到key的位置 hash散列
int hash = spread(key.hashCode());
for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
Node<K,V> f; int n, i, fh;
//如果表为空,直接返回null
if (tab == null || (n = tab.length) == 0 ||
(f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null)
break;
//如果有在扩容的线程,帮助他扩容
else if ((fh = f.hash) == MOVED)
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。
else {
V oldVal = null;
boolean validated = false;
synchronized (f) {
if (tabAt(tab, i) == f) {
if (fh >= 0) {
validated = true;
for (Node<K,V> e = f, pred = null;;) {
K ek;
if (e.hash == hash &&
((ek = e.key) == key ||
(ek != null && key.equals(ek)))) {
V ev = e.val;
if (cv == null || cv == ev ||
(ev != null && cv.equals(ev))) {
oldVal = ev;
if (value != null)
e.val = value;
else if (pred != null)
pred.next = e.next;
else
setTabAt(tab, i, e.next);
}
break;
}
pred = e;
if ((e = e.next) == null)
break;
}
}
else if (f instanceof TreeBin) {
validated = true;
TreeBin<K,V> t = (TreeBin<K,V>)f;
TreeNode<K,V> r, p;
if ((r = t.root) != null &&
(p = r.findTreeNode(hash, key, null)) != null) {
V pv = p.val;
if (cv == null || cv == pv ||
(pv != null && cv.equals(pv))) {
oldVal = pv;
if (value != null)
p.val = value;
else if (t.removeTreeNode(p))
setTabAt(tab, i, untreeify(t.first));
}
}
}
}
}
if (validated) {
if (oldVal != null) {
if (value == null)
addCount(-1L, -1);
return oldVal;
}
break;
}
}
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
public V get(Object key) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> e, p; int n, eh; K ek;
int h = spread(key.hashCode());
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null) {
if ((eh = e.hash) == h) {
if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))
return e.val;
}
else if (eh < 0)
return (p = e.find(h, key)) != null ? p.val : null;
while ((e = e.next) != null) {
if (e.hash == h &&
((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))))
return e.val;
}
}
return null;
}
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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