ConcurrentHashMap JDK1.8源码深入剖析(一)
ConcurrentHashMap JDK1.8源码深入剖析(一)
阅读前建议掌握的知识
- CAS操作
- hashMap的原理
- 并发相关锁的知识
- 并发中原子性,可见性,重排序的概念
特性
- 底层实现原理为数组+链表+红黑树
- 当链表大小阀值超过8时转换为红黑树
- 大量使用CAS操作来实现无锁
- 并发扩容
主要属性
TREEIFY_THRESHOLD,UNTREEIFY_THRESHOLD
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
大于8时,链表转树阀值。
小于6时树转链表,仅在扩容tranfer时才可能树转链表。
sizeCtl
private transient volatile int sizeCtl;
hash表初始化或扩容时的一个控制位标识量。负数代表正在进行初始化或扩容操作。
- -1代表正在初始化。
- -N 表示有N-1个线程正在进行扩容操作。
- 正数或0代表hash表还没有被初始化,这个数值表示初始化或下一次进行扩容的大小。
MOVED
/*
* Encodings for Node hash fields. See above for explanation.
*/
static final int MOVED = -1; // hash for forwarding nodes
Node的hash值,为 -1时代表该Node为ForwardingNode
TREEBIN
static final int TREEBIN = -2;// hash for roots of trees
树根节点的hash值
MAX_RESIZERS
/**
* The maximum number of threads that can help resize.
* Must fit in 32 - RESIZE_STAMP_BITS bits.
*/
private static final int MAX_RESIZERS = (1 << (32 - RESIZE_STAMP_BITS)) - 1;
并发扩容时最大允许的help线程总数
Node
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final int hash;
final K key;
//让value为volatile类型,让其有可见性
volatile V val;
//
volatile Node<K,V> next;
Node(int hash, K key, V val, Node<K,V> next) {
...
}
...
//禁止直接setValue
public final V setValue(V value) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
...
Node<K,V> find(int h, Object k) {
Node<K,V> e = this;
if (k != null) {
do {
K ek;
if (e.hash == h &&
((ek = e.key) == k || (ek != null && k.equals(ek))))
return e;
} while ((e = e.next) != null);
}
return null;
}
}
节点是ConcurrentHashMap的核心内部类,他的设计原理是不允许call setValue来直接改变它的值,因为put需要用CAS来实现无锁线程安全操作。同时提供了find方法来通过hash值和key寻找链表中的节点,该方法被map.get()调用,被子类overriden,来实现不同类型节点的查询方法。
关键的三个CAS方法
static final <K,V> Node<K,V> tabAt(Node<K,V>[] tab, int i) {
return (Node<K,V>)U.getObjectVolatile(tab, ((long)i << ASHIFT) + ABASE);
}
tabAt方法通过UNsafe的CAS操作来获得在i下标位置的Node
static final <K,V> boolean casTabAt(Node<K,V>[] tab, int i,
Node<K,V> c, Node<K,V> v) {
return U.compareAndSwapObject(tab, ((long)i << ASHIFT) + ABASE, c, v);
}
```
对i下标位置上的Node进行CAS的set操作,如果有其他线程正在访问则会返回false,ASHIFT是指tab[i]中第i个元素在相对于数组第一个元素的偏移量,而ABASE就算第一数组的内存素的偏移地址,((long)i << ASHIFT) + ABASE就算i最后的地址。
```
static final <K,V> void setTabAt(Node<K,V>[] tab, int i, Node<K,V> v) {
U.putObjectVolatile(tab, ((long)i << ASHIFT) + ABASE, v);
}
利用volatile方法set节点位置的值,注意setTabAt
总是在被锁定的代码块中才调用。
Put方法
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
//不允许key或value为null
if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
int hash = spread(key.hashCode());
int binCount = 0;
//经典CAS操作,不set成功死不罢休
for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
Node<K,V> f; int n, i, fh;
//初始化table
if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
tab = initTable();
//如果节点为null,直接用cas方法尝试set,若成功直接break跳出CAS循环。
else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
if (casTabAt(tab, i, null,
new Node<K,V>(hash, key, value, null)))
break; // no lock when adding to empty bin
}
//如果是forwardingNode节点,代表有其他线程正在扩容,于是helpTransfer辅助扩容
else if ((fh = f.hash) == MOVED)
tab = helpTransfer(tab, f);
//这里意味者节点下是链表或是树,通过synchronized锁住f表头,则锁住了整个链表或树
else {
V oldVal = null;
synchronized (f) {
if (tabAt(tab, i) == f) {
//判断是链表还是树,fh>=0则为链表
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;
//若遍历到最后一个节点,则直接将新值插入到尾部,跳出循环
if ((e = e.next) == null) {
pred.next = new Node<K,V>(hash, key,
value, null);
break;
}
}
}
//按照树节点来处理
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;
}
}
}
}
if (binCount != 0) {
//大于8的阀值下将链表转化为树
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
treeifyBin(tab, i);
if (oldVal != null)
return oldVal;
break;
}
}
}
//更新map大小,+1
addCount(1L, binCount);
return null;
}
putVal的设计核心思想是
- 不允许key或value为null。
- 用spread计算key的hash值再用类似取模的方法来确定在table数组中的位置。
- 若有需要则初始化table。
- 若该节点为null,无哈希碰撞,则使用CAS来进行set操作。
- 若该节点被标记为forward,则代表有其他线程正在进行扩容,当前线程也会辅助进行扩容操作。
- 若该节点为链表或树,代表哈希碰撞,则使用synchronized来锁住桶,然后进行set操作。注意若在该节点为链表时,会依次向后找到应该存放的位置,若大于阀值8则转化为红黑树,若本来就是树结构则按照树的方法存放。
参考
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