Java并发系列之ConcurrentHashMap源码分析

我们知道哈希表是一种非常高效的数据结构，设计优良的哈希函数可以使其上的增删改查操作达到o(1)级别。java为我们提供了一个现成的哈希结构，那就是hashmap类，在前面的文章中我曾经介绍过hashmap类，知道它的所有方法都未进行同步，因此在多线程环境中是不安全的。为此，java为我们提供了另外一个hashtable类，它对于多线程同步的处理非常简单粗暴，那就是在hashmap的基础上对其所有方法都使用synchronized关键字进行加锁。这种方法虽然简单，但导致了一个问题，那就是在同一时间内只能由一个线程去操作哈希表。即使这些线程都只是进行读操作也必须要排队，这在竞争激烈的多线程环境中极为影响性能。本篇介绍的concurrenthashmap就是为了解决这个问题的，它的内部使用分段锁将锁进行细粒度化，从而使得多个线程能够同时操作哈希表，这样极大的提高了性能。下图是其内部结构的示意图。

1. concurrenthashmap有哪些成员变量？

//默认初始化容量
static final int default_initial_capacity = 16;

//默认加载因子
static final float default_load_factor = 0.75f;

//默认并发级别
static final int default_concurrency_level = 16;

//集合最大容量
static final int maximum_capacity = 1 << 30;

//分段锁的最小数量
static final int min_segment_table_capacity = 2;

//分段锁的最大数量
static final int max_segments = 1 << 16;

//加锁前的重试次数
static final int retries_before_lock = 2;

//分段锁的掩码值
final int segmentmask;

//分段锁的移位值
final int segmentshift;

//分段锁数组
final segment<k,v>[] segments;

在阅读完本篇文章之前，相信读者不能理解这些成员变量的具体含义和作用，不过请读者们耐心看下去，后面将会在具体场景中一一介绍到这些成员变量的作用。在这里读者只需对这些成员变量留个眼熟即可。但是仍有个别变量是我们现在需要了解的，例如segment数组代表分段锁集合，并发级别则代表分段锁的数量(也意味有多少线程可以同时操作)，初始化容量代表整个容器的容量，加载因子代表容器元素可以达到多满的一种程度。

2. 分段锁的内部结构是怎样的？

//分段锁
static final class segment<k,v> extends reentrantlock implements serializable {
  //自旋最大次数
  static final int max_scan_retries = runtime.getruntime().availableprocessors() > 1 ? 64 : 1;
  //哈希表
  transient volatile hashentry<k,v>[] table;
  //元素总数
  transient int count;
  //修改次数
  transient int modcount;
  //元素阀值
  transient int threshold;
  //加载因子
  final float loadfactor;
  //省略以下内容
  ...
}

segment是concurrenthashmap的静态内部类，可以看到它继承自reentrantlock，因此它在本质上是一个锁。它在内部持有一个hashentry数组(哈希表)，并且保证所有对该数组的增删改查方法都是线程安全的，具体是怎样实现的后面会讲到。所有对concurrenthashmap的增删改查操作都可以委托segment来进行，因此concurrenthashmap能够保证在多线程环境下是安全的。又因为不同的segment是不同的锁，所以多线程可以同时操作不同的segment，也就意味着多线程可以同时操作concurrenthashmap，这样就能避免hashtable的缺陷，从而极大的提高性能。

3. concurrenthashmap初始化时做了些什么？

//核心构造器
@suppresswarnings("unchecked")
public concurrenthashmap(int initialcapacity, float loadfactor, int concurrencylevel) {
  if (!(loadfactor > 0) || initialcapacity < 0 || concurrencylevel <= 0) {
    throw new illegalargumentexception();
  }
  //确保并发级别不大于限定值
  if (concurrencylevel > max_segments) {
    concurrencylevel = max_segments;
  }
  int sshift = 0;
  int ssize = 1;
  //保证ssize为2的幂, 且是最接近的大于等于并发级别的数
  while (ssize < concurrencylevel) {
    ++sshift;
    ssize <<= 1;
  }
  //计算分段锁的移位值
  this.segmentshift = 32 - sshift;
  //计算分段锁的掩码值
  this.segmentmask = ssize - 1;
  //总的初始容量不能大于限定值
  if (initialcapacity > maximum_capacity) {
    initialcapacity = maximum_capacity;
  }
  //获取每个分段锁的初始容量
  int c = initialcapacity / ssize;
  //分段锁容量总和不小于初始总容量
  if (c * ssize < initialcapacity) {
    ++c;
  }
  int cap = min_segment_table_capacity;
  //保证cap为2的幂, 且是最接近的大于等于c的数
  while (cap < c) {
    cap <<= 1;
  }
  //新建一个segment对象模版
  segment<k,v> s0 = new segment<k,v>(loadfactor, (int)(cap * loadfactor), (hashentry<k,v>[])new hashentry[cap]);
  //新建指定大小的分段锁数组
  segment<k,v>[] ss = (segment<k,v>[])new segment[ssize];
  //使用unsafe给数组第0个元素赋值
  unsafe.putorderedobject(ss, sbase, s0);
  this.segments = ss;
}

concurrenthashmap有多个构造器，但是上面贴出的是它的核心构造器，其他构造器都通过调用它来完成初始化。核心构造器需要传入三个参数，分别是初始容量，加载因子和并发级别。在前面介绍成员变量时我们可以知道默认的初始容量为16，加载因子为0.75f，并发级别为16。现在我们看到核心构造器的代码，首先是通过传入的concurrencylevel来计算出ssize，ssize是segment数组的长度，它必须保证是2的幂，这样就可以通过hash&ssize-1来计算分段锁在数组中的下标。由于传入的concurrencylevel不能保证是2的幂，所以不能直接用它来当作segment数组的长度，因此我们要找到一个最接近concurrencylevel的2的幂，用它来作为数组的长度。假如现在传入的concurrencylevel=15，通过上面代码可以计算出ssize=16，sshift=4。接下来立马可以算出segmentshift=16，segmentmask=15。注意这里的segmentshift是分段锁的移位值，segmentmask是分段锁的掩码值，这两个值是用来计算分段锁在数组中的下标，在下面我们会讲到。在算出分段锁的个数ssize之后，就可以根据传入的总容量来计算每个分段锁的容量，它的值c = initialcapacity / ssize。分段锁的容量也就是hashentry数组的长度，同样也必须保证是2的幂，而上面算出的c的值不能保证这一点，所以不能直接用c作为hashentry数组的长度，需要另外找到一个最接近c的2的幂，将这个值赋给cap，然后用cap来作为hashentry数组的长度。现在我们有了ssize和cap，就可以新建分段锁数组segment[]和元素数组hashentry[]了。注意，与jdk1.6不同是的，在jdk1.7中只新建了segment数组，并没有对它初始化，初始化segment的操作留到了插入操作时进行。

4. 通过怎样的方式来定位锁和定位元素？

//根据哈希码获取分段锁
@suppresswarnings("unchecked")
private segment<k,v> segmentforhash(int h) {
  long u = (((h >>> segmentshift) & segmentmask) << sshift) + sbase;
  return (segment<k,v>) unsafe.getobjectvolatile(segments, u);
}

//根据哈希码获取元素
@suppresswarnings("unchecked")
static final <k,v> hashentry<k,v> entryforhash(segment<k,v> seg, int h) {
  hashentry<k,v>[] tab;
  return (seg == null || (tab = seg.table) == null) ? null :
  (hashentry<k,v>) unsafe.getobjectvolatile(tab, ((long)(((tab.length - 1) & h)) << tshift) + tbase);
}

在jdk1.7中是通过unsafe来获取数组元素的，因此这里比jdk1.6多了些计算数组元素偏移量的代码，这些代码我们暂时不关注，现在我们只需知道下面这两点：
a. 通过哈希码计算分段锁在数组中的下标：(h >>> segmentshift) & segmentmask。
b. 通过哈希码计算元素在数组中的下标：(tab.length - 1) & h。
现在我们假设传给构造器的两个参数为initialcapacity=128, concurrencylevel=16。根据计算可以得到ssize=16, sshift=4，segmentshift=28，segmentmask=15。同样，算得每个分段锁内的hashentry数组的长度为8，所以tab.length-1=7。根据这些值，我们通过下图来解释如何根据同一个哈希码来定位分段锁和元素。

可以看到分段锁和元素的定位都是通过元素的哈希码来决定的。定位分段锁是取哈希码的高位值(从32位处取起)，定位元素是取的哈希码的低位值。现在有个问题，它们一个从32位的左端取起，一个从32位的右端取起，那么会在某个时刻产生冲突吗？我们在成员变量里可以找到maximum_capacity = 1 << 30，max_segments = 1 << 16，这说明定位分段锁和定位元素使用的总的位数不超过30，并且定位分段锁使用的位数不超过16，所以至少还隔着2位的空余，因此是不会产生冲突的。

5. 查找元素具体是怎样实现的？

//根据key获取value
public v get(object key) {
  segment<k,v> s;
  hashentry<k,v>[] tab;
  //使用哈希函数计算哈希码
  int h = hash(key);
  //根据哈希码计算分段锁的索引
  long u = (((h >>> segmentshift) & segmentmask) << sshift) + sbase;
  //获取分段锁和对应的哈希表
  if ((s = (segment<k,v>)unsafe.getobjectvolatile(segments, u)) != null && (tab = s.table) != null) {
    //根据哈希码获取链表头结点, 再对链表进行遍历
    for (hashentry<k,v> e = (hashentry<k,v>) unsafe.getobjectvolatile
         (tab, ((long)(((tab.length - 1) & h)) << tshift) + tbase);
       e != null; e = e.next) {
      k k;
      //根据key和hash找到对应元素后返回value值
      if ((k = e.key) == key || (e.hash == h && key.equals(k))) {
        return e.value;
      }
    }
  }
  return null;
}

在jdk1.6中分段锁的get方法是通过下标来访问数组元素的，而在jdk1.7中是通过unsafe的getobjectvolatile方法来读取数组中的元素。为啥要这样做？我们知道虽然segment对象持有的hashentry数组引用是volatile类型的，但是数组内的元素引用不是volatile类型的，因此多线程对数组元素的修改是不安全的，可能会在数组中读取到尚未构造完成的对象。在jdk1.6中是通过第二次加锁读取来保证安全的，而jdk1.7中通过unsafe的getobjectvolatile方法来读取同样也是为了保证这一点。使用getobjectvolatile方法读取数组元素需要先获得元素在数组中的偏移量，在这里根据哈希码计算得到分段锁在数组中的偏移量为u，然后通过偏移量u来尝试读取分段锁。由于分段锁数组在构造时没进行初始化，因此可能读出来一个空值，所以需要先进行判断。在确定分段锁和它内部的哈希表都不为空之后，再通过哈希码读取hashentry数组的元素，根据上面的结构图可以看到，这时获得的是链表的头结点。之后再从头到尾的对链表进行遍历查找，如果找到对应的值就将其返回，否则就返回null。以上就是整个查找元素的过程。

6. 插入元素具体是怎样实现的？

//向集合添加键值对(若存在则替换)
@suppresswarnings("unchecked")
public v put(k key, v value) {
  segment<k,v> s;
  //传入的value不能为空
  if (value == null) throw new nullpointerexception();
  //使用哈希函数计算哈希码
  int hash = hash(key);
  //根据哈希码计算分段锁的下标
  int j = (hash >>> segmentshift) & segmentmask;
  //根据下标去尝试获取分段锁
  if ((s = (segment<k,v>)unsafe.getobject(segments, (j << sshift) + sbase)) == null) {
    //获得的分段锁为空就去构造一个
    s = ensuresegment(j);
  }
  //调用分段锁的put方法
  return s.put(key, hash, value, false);
}

//向集合添加键值对(不存在才添加)
@suppresswarnings("unchecked")
public v putifabsent(k key, v value) {
  segment<k,v> s;
  //传入的value不能为空
  if (value == null) throw new nullpointerexception();
  //使用哈希函数计算哈希码
  int hash = hash(key);
  //根据哈希码计算分段锁的下标
  int j = (hash >>> segmentshift) & segmentmask;
  //根据下标去尝试获取分段锁
  if ((s = (segment<k,v>)unsafe.getobject(segments, (j << sshift) + sbase)) == null) {
    //获得的分段锁为空就去构造一个
    s = ensuresegment(j);
  }
  //调用分段锁的put方法
  return s.put(key, hash, value, true);
}

concurrenthashmap中有两个添加键值对的方法，通过put方法添加时如果存在则会进行覆盖，通过putifabsent方法添加时如果存在则不进行覆盖，这两个方法都是调用分段锁的put方法来完成操作，只是传入的最后一个参数不同而已。在上面代码中我们可以看到首先是根据key的哈希码来计算出分段锁在数组中的下标，然后根据下标使用unsafe类getobject方法来读取分段锁。由于在构造concurrenthashmap时没有对segment数组中的元素初始化，所以可能读到一个空值，这时会先通过ensuresegment方法新建一个分段锁。获取到分段锁之后再调用它的put方法完成添加操作，下面我们来看看具体是怎样操作的。

//添加键值对
final v put(k key, int hash, v value, boolean onlyifabsent) {
  //尝试获取锁, 若失败则进行自旋
  hashentry<k,v> node = trylock() ? null : scanandlockforput(key, hash, value);
  v oldvalue;
  try {
    hashentry<k,v>[] tab = table;
    //计算元素在数组中的下标
    int index = (tab.length - 1) & hash;
    //根据下标获取链表头结点
    hashentry<k,v> first = entryat(tab, index);
    for (hashentry<k,v> e = first;;) {
      //遍历链表寻找该元素, 找到则进行替换
      if (e != null) {
        k k;
        if ((k = e.key) == key || (e.hash == hash && key.equals(k))) {
          oldvalue = e.value;
          //根据参数决定是否替换旧值
          if (!onlyifabsent) {
            e.value = value;
            ++modcount;
          }
          break;
        }
        e = e.next;
      //没找到则在链表添加一个结点
      } else {
        //将node结点插入链表头部
        if (node != null) {
          node.setnext(first);
        } else {
          node = new hashentry<k,v>(hash, key, value, first);
        }
        //插入结点后将元素总是加1
        int c = count + 1;
        //元素超过阀值则进行扩容
        if (c > threshold && tab.length < maximum_capacity) {
          rehash(node);
        //否则就将哈希表指定下标替换为node结点
        } else {
          setentryat(tab, index, node);
        }
        ++modcount;
        count = c;
        oldvalue = null;
        break;
      }
    }
  } finally {
    unlock();
  }
  return oldvalue;
}

为保证线程安全，分段锁中的put操作是需要进行加锁的，所以线程一开始就会去获取锁，如果获取成功就继续执行，若获取失败则调用scanandlockforput方法进行自旋，在自旋过程中会先去扫描哈希表去查找指定的key，如果key不存在就会新建一个hashentry返回，这样在获取到锁之后就不必再去新建了，为的是在等待锁的过程中顺便做些事情，不至于白白浪费时间，可见作者的良苦用心。具体自旋方法我们后面再细讲，现在先把关注点拉回来，线程在成功获取到锁之后会根据计算到的下标，获取指定下标的元素。此时获取到的是链表的头结点，如果头结点不为空就对链表进行遍历查找，找到之后再根据onlyifabsent参数的值决定是否进行替换。如果遍历没找到就会新建一个hashentry指向头结点，此时如果自旋时创建了hashentry，则直接将它的next指向当前头结点，如果自旋时没有创建就在这里新建一个hashentry并指向头结点。在向链表添加元素之后检查元素总数是否超过阀值，如果超过就调用rehash进行扩容，没超过的话就直接将数组对应下标的元素引用指向新添加的node。setentryat方法内部是通过调用unsafe的putorderedobject方法来更改数组元素引用的，这样就保证了其他线程在读取时可以读到最新的值。

7. 删除元素具体是怎样实现的？

//删除指定元素(找到对应元素后直接删除)
public v remove(object key) {
  //使用哈希函数计算哈希码
  int hash = hash(key);
  //根据哈希码获取分段锁的索引
  segment<k,v> s = segmentforhash(hash);
  //调用分段锁的remove方法
  return s == null ? null : s.remove(key, hash, null);
}

//删除指定元素(查找值等于给定值才删除)
public boolean remove(object key, object value) {
  //使用哈希函数计算哈希码
  int hash = hash(key);
  segment<k,v> s;
  //确保分段锁不为空才调用remove方法
  return value != null && (s = segmentforhash(hash)) != null && s.remove(key, hash, value) != null;
}

concurrenthashmap提供了两种删除操作，一种是找到后直接删除，一种是找到后先比较再删除。这两种删除方法都是先根据key的哈希码找到对应的分段锁后，再通过调用分段锁的remove方法完成删除操作。下面我们来看看分段锁的remove方法。

//删除指定元素
final v remove(object key, int hash, object value) {
  //尝试获取锁, 若失败则进行自旋
  if (!trylock()) {
    scanandlock(key, hash);
  }
  v oldvalue = null;
  try {
    hashentry<k,v>[] tab = table;
    //计算元素在数组中的下标
    int index = (tab.length - 1) & hash;
    //根据下标取得数组元素(链表头结点)
    hashentry<k,v> e = entryat(tab, index);
    hashentry<k,v> pred = null;
    //遍历链表寻找要删除的元素
    while (e != null) {
      k k;
      //next指向当前结点的后继结点
      hashentry<k,v> next = e.next;
      //根据key和hash寻找对应结点
      if ((k = e.key) == key || (e.hash == hash && key.equals(k))) {
        v v = e.value;
        //传入的value不等于v就跳过, 其他情况就进行删除操作
        if (value == null || value == v || value.equals(v)) {
          //如果pred为空则代表要删除的结点为头结点
          if (pred == null) {
            //重新设置链表头结点
            setentryat(tab, index, next);
          } else {
            //设置pred结点的后继为next结点
            pred.setnext(next);
          }
          ++modcount;
          --count;
          //记录元素删除之前的值
          oldvalue = v;
        }
        break;
      }
      //若e不是要找的结点就将pred引用指向它
      pred = e;
      //检查下一个结点
      e = next;
    }
  } finally {
    unlock();
  }
  return oldvalue;
}

在删除分段锁中的元素时需要先获取锁，如果获取失败就调用scanandlock方法进行自旋，如果获取成功就执行下一步，首先计算数组下标然后通过下标获取hashentry数组的元素，这里获得了链表的头结点，接下来就是对链表进行遍历查找，在此之前先用next指针记录当前结点的后继结点，然后对比key和hash看看是否是要找的结点，如果是的话就执行下一个if判断。满足value为空或者value的值等于结点当前值这两个条件就会进入到if语句中进行删除操作，否则直接跳过。在if语句中执行删除操作时会有两种情况，如果当前结点为头结点则直接将next结点设置为头结点，如果当前结点不是头结点则将pred结点的后继设置为next结点。这里的pred结点表示当前结点的前继结点，每次在要检查下一个结点之前就将pred指向当前结点，这就保证了pred结点总是当前结点的前继结点。注意，与jdk1.6不同，在jdk1.7中hashentry对象的next变量不是final的，因此这里可以通过直接修改next引用的值来删除元素，由于next变量是volatile类型的，所以读线程可以马上读到最新的值。

8. 替换元素具体是怎样实现的？

//替换指定元素(cas操作)
public boolean replace(k key, v oldvalue, v newvalue) {
  //使用哈希函数计算哈希码
  int hash = hash(key);
  //保证oldvalue和newvalue不为空
  if (oldvalue == null || newvalue == null) throw new nullpointerexception();
  //根据哈希码获取分段锁的索引
  segment<k,v> s = segmentforhash(hash);
  //调用分段锁的replace方法
  return s != null && s.replace(key, hash, oldvalue, newvalue);
}

//替换元素操作(cas操作)
final boolean replace(k key, int hash, v oldvalue, v newvalue) {
  //尝试获取锁, 若失败则进行自旋
  if (!trylock()) {
    scanandlock(key, hash);
  }
  boolean replaced = false;
  try {
    hashentry<k,v> e;
    //通过hash直接找到头结点然后对链表遍历
    for (e = entryforhash(this, hash); e != null; e = e.next) {
      k k;
      //根据key和hash找到要替换的结点
      if ((k = e.key) == key || (e.hash == hash && key.equals(k))) {
        //如果指定的当前值正确则进行替换
        if (oldvalue.equals(e.value)) {
          e.value = newvalue;
          ++modcount;
          replaced = true;
        }
        //否则不进行任何操作直接返回
        break;
      }
    }
  } finally {
    unlock();
  }
  return replaced;
}

concurrenthashmap同样提供了两种替换操作，一种是找到后直接替换，另一种是找到后先比较再替换(cas操作)。这两种操作的实现大致是相同的，只是cas操作在替换前多了一层比较操作，因此我们只需简单了解其中一种操作即可。这里拿cas操作进行分析，还是老套路，首先根据key的哈希码找到对应的分段锁，然后调用它的replace方法。进入分段锁中的replace方法后需要先去获取锁，如果获取失败则进行自旋，如果获取成功则进行下一步。首先根据hash码获取链表头结点，然后根据key和hash进行遍历查找，找到了对应的元素之后，比较给定的oldvalue是否是当前值，如果不是则放弃修改，如果是则用新值进行替换。由于hashentry对象的value域是volatile类型的，因此可以直接替换。

9. 自旋时具体做了些什么？

//自旋等待获取锁(put操作)
private hashentry<k,v> scanandlockforput(k key, int hash, v value) {
  //根据哈希码获取头结点
  hashentry<k,v> first = entryforhash(this, hash);
  hashentry<k,v> e = first;
  hashentry<k,v> node = null;
  int retries = -1;
  //在while循环内自旋
  while (!trylock()) {
    hashentry<k,v> f;
    if (retries < 0) {
      //如果头结点为空就新建一个node
      if (e == null) {
        if (node == null) {
          node = new hashentry<k,v>(hash, key, value, null);
        }
        retries = 0;
      //否则就遍历链表定位该结点
      } else if (key.equals(e.key)) {
        retries = 0;
      } else {
        e = e.next;
      }
     //retries每次在这加1, 并判断是否超过最大值
    } else if (++retries > max_scan_retries) {
      lock();
      break;
     //retries为偶数时去判断first有没有改变
    } else if ((retries & 1) == 0 && (f = entryforhash(this, hash)) != first) {
      e = first = f;
      retries = -1;
    }
  }
  return node;
}

//自旋等待获取锁(remove和replace操作)
private void scanandlock(object key, int hash) {
  //根据哈希码获取链表头结点
  hashentry<k,v> first = entryforhash(this, hash);
  hashentry<k,v> e = first;
  int retries = -1;
  //在while循环里自旋
  while (!trylock()) {
    hashentry<k,v> f;
    if (retries < 0) {
      //遍历链表定位到该结点
      if (e == null || key.equals(e.key)) {
        retries = 0;
      } else {
        e = e.next;
      }
     //retries每次在这加1, 并判断是否超过最大值
    } else if (++retries > max_scan_retries) {
      lock();
      break;
     //retries为偶数时去判断first有没有改变
    } else if ((retries & 1) == 0 && (f = entryforhash(this, hash)) != first) {
      e = first = f;
      retries = -1;
    }
  }
}

在前面我们讲到过，分段锁中的put，remove，replace这些操作都会要求先去获取锁，只有成功获得锁之后才能进行下一步操作，如果获取失败就会进行自旋。自旋操作也是在jdk1.7中添加的，为了避免线程频繁的挂起和唤醒，以此提高并发操作时的性能。在put方法中调用的是scanandlockforput，在remove和replace方法中调用的是scanandlock。这两种自旋方法大致是相同的，这里我们只分析scanandlockforput方法。首先还是先根据hash码获得链表头结点，之后线程会进入while循环中执行，退出该循环的唯一方式是成功获取锁，而在这期间线程不会被挂起。刚进入循环时retries的值为-1，这时线程不会马上再去尝试获取锁，而是先去寻找到key对应的结点(没找到会新建一个)，然后再将retries设为0，接下来就会一次次的尝试获取锁，对应retries的值也会每次加1，直到超过最大尝试次数如果还没获取到锁，就会调用lock方法进行阻塞获取。在尝试获取锁的期间，还会每隔一次(retries为偶数)去检查头结点是否被改变，如果被改变则将retries重置回-1，然后再重走一遍刚才的流程。这就是线程自旋时所做的操作，需注意的是如果在自旋时检测到头结点已被改变，则会延长线程的自旋时间。

10. 哈希表扩容时都做了哪些操作？

//再哈希
@suppresswarnings("unchecked")
private void rehash(hashentry<k,v> node) {
  //获取旧哈希表的引用
  hashentry<k,v>[] oldtable = table;
  //获取旧哈希表的容量
  int oldcapacity = oldtable.length;
  //计算新哈希表的容量(为旧哈希表的2倍)
  int newcapacity = oldcapacity << 1;
  //计算新的元素阀值
  threshold = (int)(newcapacity * loadfactor);
  //新建一个hashentry数组
  hashentry<k,v>[] newtable = (hashentry<k,v>[]) new hashentry[newcapacity];
  //生成新的掩码值
  int sizemask = newcapacity - 1;
  //遍历旧表的所有元素
  for (int i = 0; i < oldcapacity ; i++) {
    //取得链表头结点
    hashentry<k,v> e = oldtable[i];
    if (e != null) {
      hashentry<k,v> next = e.next;
      //计算元素在新表中的索引
      int idx = e.hash & sizemask;
      //next为空表明链表只有一个结点
      if (next == null) {
        //直接把该结点放到新表中
        newtable[idx] = e;
      }else {
        hashentry<k,v> lastrun = e;
        int lastidx = idx;
        //定位lastrun结点, 将lastrun之后的结点直接放到新表中
        for (hashentry<k,v> last = next; last != null; last = last.next) {
          int k = last.hash & sizemask;
          if (k != lastidx) {
            lastidx = k;
            lastrun = last;
          }
        }
        newtable[lastidx] = lastrun;
        //遍历在链表lastrun结点之前的元素, 将它们依次复制到新表中
        for (hashentry<k,v> p = e; p != lastrun; p = p.next) {
          v v = p.value;
          int h = p.hash;
          int k = h & sizemask;
          hashentry<k,v> n = newtable[k];
          newtable[k] = new hashentry<k,v>(h, p.key, v, n);
        }
      }
    }
  }
  //计算传入结点在新表中的下标
  int nodeindex = node.hash & sizemask;
  //将传入结点添加到链表头结点
  node.setnext(newtable[nodeindex]);
  //将新表指定下标元素换成传入结点
  newtable[nodeindex] = node;
  //将哈希表引用指向新表
  table = newtable;
}

rehash方法在put方法中被调用，我们知道在put方法时会新建元素并添加到哈希数组中，随着元素的增多发生哈希冲突的可能性越大，哈希表的性能也会随之下降。因此每次put操作时都会检查元素总数是否超过阀值，如果超过则调用rehash方法进行扩容。因为数组长度一旦确定则不能再被改变，因此需要新建一个数组来替换原先的数组。从代码中可以知道新创建的数组长度为原数组的2倍(oldcapacity << 1)。创建好新数组后需要将旧数组中的所有元素移到新数组中，因此需要计算每个元素在新数组中的下标。计算新下标的过程如下图所示。

我们知道下标直接取的是哈希码的后几位，由于新数组的容量是直接用旧数组容量右移1位得来的，因此掩码位数向右增加1位，取到的哈希码位数也向右增加1位。如上图，若旧的掩码值为111，则元素下标为101，扩容后新的掩码值为1111，则计算出元素的新下标为0101。由于同一条链表上的元素下标是相同的，现在假设链表所有元素的下标为101，在扩容后该链表元素的新下标只有0101或1101这两种情况，因此数组扩容会打乱原先的链表并将链表元素分成两批。在计算出新下标后需要将元素移动到新数组中，在hashmap中通过直接修改next引用导致了多线程的死锁。虽然在concurrenthashmap中通过加锁避免了这种情况，但是我们知道next域是volatile类型的，它的改动能立马被读线程读取到，因此为保证线程安全采用复制元素来迁移数组。但是对链表中每个元素都进行复制有点影响性能，作者发现链表尾部有许多元素的next是不变的，它们在新数组中的下标是相同的，因此可以考虑整体移动这部分元素。具统计实际操作中只有1/6的元素是必须复制的，所以整体移动链表尾部元素(lastrun后面的元素)是可以提升一定性能的。

注：本篇文章基于jdk1.7版本。

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持。