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摘要：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)重要成員變量代表整個(gè)哈希表?？破?，解決多線程并行情況下使用鎖造成性能損耗的一種機(jī)制，操作包含三個(gè)操作數(shù)內(nèi)存位置預(yù)期原值和新值。
ConcurrenHashMap 。下面分享一下我對(duì)ConcurrentHashMap 的理解，主要用于個(gè)人備忘。如果有不對(duì)，請(qǐng)批評(píng)。
HashMap“嚴(yán)重”的勾起了我對(duì)HashMap家族的好奇心，下面分享一下我對(duì)ConcurrentHashMap 的理解，主要用于個(gè)人備忘。如果有不對(duì)，請(qǐng)批評(píng)。
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總起HashMap是我們平時(shí)開發(fā)過程中用的比較多的集合，但它是非線程安全的，在涉及到多線程并發(fā)的情況，進(jìn)行g(shù)et操作有可能會(huì)引起死循環(huán)，導(dǎo)致CPU利用率接近100%。
因此需要支持線程安全的并發(fā)容器 ConcurrentHashMap 。
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 重要成員變量 /**
* The array of bins. Lazily initialized upon first insertion.
* Size is always a power of two. Accessed directly by iterators.
*/
transient volatile Node[] table;
table代表整個(gè)哈希表。 默認(rèn)為null，初始化發(fā)生在第一次插入操作，默認(rèn)大小為16的數(shù)組，用來存儲(chǔ)Node節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，擴(kuò)容時(shí)大小總是2的冪次方。
/**
* The next table to use; non-null only while resizing.
*/
private transient volatile Node[] nextTable;
nextTable是一個(gè)連接表，用于哈希表擴(kuò)容，默認(rèn)為null，擴(kuò)容時(shí)新生成的數(shù)組，其大小為原數(shù)組的兩倍。
/**
* Base counter value, used mainly when there is no contention,
* but also as a fallback during table initialization
* races. Updated via CAS.
*/
private transient volatile long baseCount;
baseCount保存著整個(gè)哈希表中存儲(chǔ)的所有的結(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)總和，有點(diǎn)類似于 HashMap 的 size 屬性。 這個(gè)數(shù)通過CAS算法更新
/**
* Table initialization and resizing control. When negative, the
* table is being initialized or resized: -1 for initialization,
* else -(1 + the number of active resizing threads). Otherwise,
* when table is null, holds the initial table size to use upon
* creation, or 0 for default. After initialization, holds the
* next element count value upon which to resize the table.
*/
private transient volatile int sizeCtl;
初始化哈希表和擴(kuò)容 rehash 的過程，都需要依賴sizeCtl。該屬性有以下幾種取值：
0：默認(rèn)值
-1：代表哈希表正在進(jìn)行初始化
大于0：相當(dāng)于 HashMap 中的 threshold，表示閾值
小于-1：代表有多個(gè)線程正在進(jìn)行擴(kuò)容。（譬如：-N 表示有N-1個(gè)線程正在進(jìn)行擴(kuò)容操作 ）
構(gòu)造方法public ConcurrentHashMap() {
}
public ConcurrentHashMap(int initialCapacity) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException();
int cap = ((initialCapacity >= (MAXIMUM_CAPACITY >>> 1)) ?
MAXIMUM_CAPACITY :
tableSizeFor(initialCapacity + (initialCapacity >>> 1) + 1));//MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30
this.sizeCtl = cap;//ConcurrentHashMap在構(gòu)造函數(shù)中只會(huì)初始化sizeCtl值，并不會(huì)直接初始化table，而是延緩到第一次put操作。
}
public ConcurrentHashMap(Map m) {
this.sizeCtl = DEFAULT_CAPACITY;//DEFAULT_CAPACITY = 16
putAll(m);
}
構(gòu)造方法是三個(gè)。重點(diǎn)是第二個(gè)，帶參的構(gòu)造方法。這個(gè)帶參的構(gòu)造方法會(huì)調(diào)用tableSizeFor()方法，確保table的大小總是2的冪次方（假設(shè)參數(shù)為100，最終會(huì)調(diào)整成256）。算法如下：
/**
* Returns a power of two table size for the given desired capacity.
* See Hackers Delight, sec 3.2
*/
private static final int tableSizeFor(int c) {
int n = c - 1;
n |= n >>> 1;
n |= n >>> 2;
n |= n >>> 4;
n |= n >>> 8;
n |= n >>> 16;
return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
}
PUT()方法
put()調(diào)用putVal()方法，讓我們看看：
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
//對(duì)傳入的參數(shù)進(jìn)行合法性判斷
if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
int hash = spread(key.hashCode());//計(jì)算鍵所對(duì)應(yīng)的 hash 值
int binCount = 0;
for (Node[] tab = table;;) {
Node f; int n, i, fh;
//如果哈希表還未初始化，那么初始化它
if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
tab = initTable();
//根據(jù)hash值計(jì)算出在table里面的位置
else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
//如果這個(gè)位置沒有值 ，那么以CAS無鎖式向該位置添加一個(gè)節(jié)點(diǎn)
if (casTabAt(tab, i, null,
new Node(hash, key, value, null)))
break; // no lock when adding to empty bin
}
//檢測到桶結(jié)點(diǎn)是 ForwardingNode 類型，協(xié)助擴(kuò)容（MOVED = -1; // hash for forwarding nodes）
else if ((fh = f.hash) == MOVED)
tab = helpTransfer(tab, f);
//桶結(jié)點(diǎn)是普通的結(jié)點(diǎn)，鎖住該桶頭結(jié)點(diǎn)并試圖在該鏈表的尾部添加一個(gè)節(jié)點(diǎn)
else {
V oldVal = null;
synchronized (f) {
if (tabAt(tab, i) == f) {
//向普通的鏈表中添加元素
if (fh >= 0) {
binCount = 1;
//遍歷鏈表所有的結(jié)點(diǎn)
for (Node e = f;; ++binCount) {
K ek;
//如果hash值和key值相同，則修改對(duì)應(yīng)結(jié)點(diǎn)的value值
if (e.hash == hash &&
((ek = e.key) == key ||
(ek != null && key.equals(ek)))) {
oldVal = e.val;
if (!onlyIfAbsent)
e.val = value;
break;
}
Node pred = e;
//如果遍歷到了最后一個(gè)結(jié)點(diǎn)，那么就證明新的節(jié)點(diǎn)需要插入鏈表尾部
if ((e = e.next) == null) {
pred.next = new Node(hash, key,
value, null);
break;
}
}
}
//如果這個(gè)節(jié)點(diǎn)是樹節(jié)點(diǎn)，就按照樹的方式插入值
else if (f instanceof TreeBin) {
Node p;
binCount = 2;
if ((p = ((TreeBin)f).putTreeVal(hash, key,
value)) != null) {
oldVal = p.val;
if (!onlyIfAbsent)
p.val = value;
}
}
}
}
if (binCount != 0) {
//如果鏈表長度已經(jīng)達(dá)到臨界值8，就需要把鏈表轉(zhuǎn)換為樹結(jié)構(gòu)（TREEIFY_THRESHOLD = 8）
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
treeifyBin(tab, i);
if (oldVal != null)
return oldVal;
break;
}
}
}
//CAS 式更新baseCount，并判斷是否需要擴(kuò)容
addCount(1L, binCount);
return null;
}
其實(shí)putVal()也多多少少掉用了其他方法，讓我們繼續(xù)探究一下。
CAS（compare and swap）科普compare and swap，解決多線程并行情況下使用鎖造成性能損耗的一種機(jī)制，CAS操作包含三個(gè)操作數(shù)——內(nèi)存位置（V）、預(yù)期原值（A）和新值(B)。如果內(nèi)存位置的值與預(yù)期原值相匹配，那么處理器會(huì)自動(dòng)將該位置值更新為新值。否則，處理器不做任何操作。無論哪種情況，它都會(huì)在CAS指令之前返回該位置的值。CAS有效地說明了“我認(rèn)為位置V應(yīng)該包含值A(chǔ)；如果包含該值，則將B放到這個(gè)位置；否則，不要更改該位置，只告訴我這個(gè)位置現(xiàn)在的值即可。
spread首先，第四行出現(xiàn)的int hash = spread(key.hashCode());這是傳統(tǒng)的計(jì)算hash的方法。key的hash值高16位不變，低16位與高16位異或作為key的最終hash值。（h >>> 16，表示無符號(hào)右移16位，高位補(bǔ)0，任何數(shù)跟0異或都是其本身，因此key的hash值高16位不變。）
static final int spread(int h) {
return (h ^ (h >>> 16)) & HASH_BITS;
}
initTable
第十行， tab = initTable();這個(gè)方法的亮點(diǎn)是，可以讓put并發(fā)執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)table只初始化一次 。
initTable()核心思想就是，只允許一個(gè)線程對(duì)表進(jìn)行初始化，如果有其他線程進(jìn)來了，那么會(huì)讓其他線程交出 CPU 等待下次系統(tǒng)調(diào)度。這樣，保證了表同時(shí)只會(huì)被一個(gè)線程初始化。
