源码阅读 - java.util.concurrent （三）ConcurrentHashMap
在java.util.concurrent包中提供了一个线程安全版本的Map类型数据结构：ConcurrentMap。本篇文章主要关注ConcurrentMap接口以及它的Hash版本的实现ConcurrentHashMap。
一、ConcurrentMap
与Map接口相比，ConcurrentMap多了4个方法：
1）putIfAbsent方法：如果key不存在，添加key-value。方法会返回与key关联的value
V putIfAbsent(K key, V value);
2）remove方法
boolean remove(Object key, Object value);
Map接口中也有一个remove方法：
V remove(Object key);
ConcurrentMap中的remove方法需要比较原有的value和参数中的value是否一致，只有一致才会删除。
3）Replace方法：有2个重载
boolean replace(K key, V oldValue, V newValue);
V replace(K key, V value);
两个重载的区别和2）中的两个remove方法的区别很类似，多了一个检查value一致。
二、ConcurrentHashMap
ConcurrentHashMap和HashMap类似，这里重点关注的是如何实现线程安全，也就是如何加锁。
对于HashMap来说，有一个Entry数组，根据Key的hash值对数组长度取模得到数组下标，找到Entry，遍历整个Entry链表，用equals比较来确定key所在的Entry。
ConcurrentHashMap的基本思想是采取分块的方式加锁，分块数由参数“concurrencyLevel”来决定（和HashMap中的“initialCapacity”类似，实际块数是第一个大于concurrencyLevel的2的n次方）。每个分块被称为Segment，Segment的索引方式和HashMap中的Entry索引方式一致（hash值对数组长度取模）。
对Segment加锁的方式很简单，直接把Segment定义为ReentrantLock的子类。同时Segment又是一个特定实现的hash table。
static final class Segment<K,V> extends ReentrantLock implements Serializable
下面分析ConcurrentHashMap读写时如何加锁。
首先是读操作类的方法，来看get方法：
public V get(Object key) {
Segment<K,V> s; // manually integrate access methods to reduce overhead
HashEntry<K,V>[] tab;
int h = hash(key);
long u = (((h >>> segmentShift) & segmentMask) << SSHIFT) + SBASE;
if ((s = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObjectVolatile(segments, u)) != null &&
(tab = s.table) != null) {
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;
if ((k = e.key) == key || (e.hash == h && key.equals(k)))
return e.value;
}
}
return null;
}
可以看到，读取的时候没有调用的Segment的获取锁的方法，而是通过hash值定位到Entry，然后遍历Entry的链表。
为什么这里不用加锁呢？看看HashEntry的代码就会明白了。
static final class HashEntry<K,V> {
final int hash;
final K key;
volatile V value;
volatile HashEntry<K,V> next;
value和next属性是带有volatile修饰符的，可以大胆放心的遍历和比较。
接着是写操作，写操作是肯定要加锁的。因为Segment可以看成是一个hash table，因此ConcurrentHashMap直接调用Segment的对应的写入方法如put，replace等。
比如put方法
public V put(K key, V value) {
Segment<K,V> s;
if (value == null)
throw new NullPointerException();
int hash = hash(key);
int j = (hash >>> segmentShift) & segmentMask;
if ((s = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObject // nonvolatile; recheck
(segments, (j << SSHIFT) + SBASE)) == null) // in ensureSegment
s = ensureSegment(j);
return s.put(key, hash, value, false);
}
因此这里直接关注Segment的对应写操作方法即可。在每个写操作的方法开头都这样的类似代码：
final V remove(Object key, int hash, Object value) {
if (!tryLock())
scanAndLock(key, hash);
HashEntry<K,V> node = tryLock() ? null :
scanAndLockForPut(key, hash, value
也就是，首先尝试获取锁，如果成功则会带锁继续操作，失败则要通过scanAndLock或scanAndLockForPut获取锁，因此这里关注的重点也就转移到这两个方法了。
按照多线程环境的规则，如果尝试获取锁失败的话就会进入阻塞等待状态，那么这两个方法的作用应该是类似的。
private HashEntry<K,V> scanAndLockForPut(K key, int hash, V value) {
HashEntry<K,V> first = entryForHash(this, hash);
HashEntry<K,V> e = first;
HashEntry<K,V> node = null;
int retries = -1; // negative while locating node
while (!tryLock()) {
HashEntry<K,V> f; // to recheck first below
if (retries < 0) {
if (e == null) {
if (node == null) // speculatively create node
node = new HashEntry<K,V>(hash, key, value, null);
retries = 0;
}
else if (key.equals(e.key))
retries = 0;
else
e = e.next;
}
else if (++retries > MAX_SCAN_RETRIES) {
lock();
break;
}
else if ((retries & 1) == 0 &&
(f = entryForHash(this, hash)) != first) {
e = first = f; // re-traverse if entry changed
retries = -1;
}
}
return node;
}
这两个方法的逻辑：在等待的时候闲着没事儿干把该做好的准备做好，查找一下目标entry，如果是新建entry就把entry创建好，然后如果一切没问题就用lock()方法把自己给阻塞了，也就是做好准备然后去等着了。
