深入理解Java并发容器——ConcurrentHashMap
重要属性和类
sizeCtl
容量控制标识符，在不同的地方有不同用途，而且它的取值不同，也代表不同的含义。
- 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冲突链表还没有被初始化，这个数值表示初始化或下一次进行扩容的大小，这一点类似于扩容阈值的概念。后面可以看到，它的值始终是当前ConcurrentHashMap容量的0.75倍，这与loadfactor是对应的。
basecount
hashmap中的元素个数 利用CAS锁进行更新
TreeNode
当链表长度过长的时候，会转换为TreeNode。与HashMap不相同的是，它并不是直接转换为红黑树，而是把这些结点包装成TreeNode放在TreeBin对象中，由TreeBin完成对红黑树的包装。
static final class TreeNode<K,V> extends Node<K,V> {
TreeNode<K,V> parent; // red-black tree links
TreeNode<K,V> left;
TreeNode<K,V> right;
TreeNode<K,V> prev; // needed to unlink next upon deletion
boolean red;
TreeNode(int hash, K key, V val, Node<K,V> next,
TreeNode<K,V> parent) {
super(hash, key, val, next);
this.parent = parent;
}
TreeBin
树化后的ConcurrentHashMap数组，存放的是TreeBin对象，而不是TreeNode对象。
Unsafe与CAS
在ConcurrentHashMap中，随处可以看到Unsafe, 大量使用了U.compareAndSwap的方法，这个方法是利用一个CAS算法实现无锁化的并发修改，可以大大降低锁代理的性能消耗。
put
/** Implementation for put and putIfAbsent */
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
int hash = spread(key.hashCode());
int binCount = 0;
for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
Node<K,V> f; int n, i, fh;
if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
tab = initTable();//初始化
//bin链表空，利用cas进行无锁线程安全操作
else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
//cas node写入table[i]
if (casTabAt(tab, i, null,
new Node<K,V>(hash, key, value, null)))
break; // no lock when adding to empty bin 成功后退出循环
}
else if ((fh = f.hash) == MOVED)
tab = helpTransfer(tab, f);
else {
V oldVal = null;
//细粒度的同步修改
synchronized (f) {
if (tabAt(tab, i) == f) {
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;
}
}
}
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) {
//bin中node超过门限，树化
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
treeifyBin(tab, i);
if (oldVal != null)
return oldVal;
break;
}
}
}
//当前ConcurrentHashMap的元素个数+1，
addCount(1L, binCount);
return null;
}
为什么java8后放弃分段锁，改用CAS和同步锁
JDK 1.7 使用分段锁机制来实现并发更新操作，核心类为 Segment，它继承自重入锁 ReentrantLock，并发度与 Segment 数量相等。
JDK 1.8 使用CAS+synchronized进行更细粒度的锁操作，支持更高的并发度。向链表中插入节点时使用内置锁 synchronized，JDK1.6后synchronized已得到很大的优化。
初始化
同jdk1.8版hashtable的lazy-load模式，即put时才初始化。利用CAS+volatile保证初始化操作的线程安全。
private final Node<K,V>[] initTable() {
Node<K,V>[] tab; int sc;
while ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
//volatile的sizeCtl作为互斥手段，发现竞争性初始化，则spin(自旋)
if ((sc = sizeCtl) < 0)
Thread.yield(); // lost initialization race; just spin
///cas设置排他标志，如果返回true，进入初始化
else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {
try {
if ((tab = table) == null || tab.length == 0) {//双检，因为没有同步锁
int n = (sc > 0) ? sc : DEFAULT_CAPACITY;
@SuppressWarnings("unchecked")
Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n];
table = tab = nt;
sc = n - (n >>> 2);// n减半
}
} finally {
sizeCtl = sc;
}
break;//初始化成功，退出
}//spin
}
return tab;
}
addCount
/**
* Adds to count, and if table is too small and not already
* * resizing, initiates transfer. If already resizing, helps
* * perform transfer if work is available. Rechecks occupancy
* * after a transfer to see if another resize is already needed
* * because resizings are lagging additions.
*
* @param x the count to add
* @param check if <0, don't check resize, if <= 1 only check if uncontended
*/
//这个方法一共做了两件事,更新baseCount的值，检测是否进行扩容
// 从 putVal 传入的参数是 1， binCount
private final void addCount(long x, int check) {
CounterCell[] as; long b, s;
//利用CAS方法更新baseCount的值
if ((as = counterCells) != null ||
!U.compareAndSwapLong(this, BASECOUNT, b = baseCount, s = b + x)) {
CounterCell a; long v; int m;
boolean uncontended = true;
if (as == null || (m = as.length - 1) < 0 ||
(a = as[ThreadLocalRandom.getProbe() & m]) == null ||
!(uncontended =
U.compareAndSwapLong(a, CELLVALUE, v = a.value, v + x))) {
fullAddCount(x, uncontended);
return;
}
if (check <= 1)
return;
s = sumCount();
}
// 是否需要扩容，在 putVal 方法调用传参时，默认（hash冲突）要检查
if (check >= 0) {
Node<K,V>[] tab, nt; int n, sc;
//map的size大于sizeCtl（门限）， 且
//table非空，且
//table长度小于最大容量
//则扩容
while (s >= (long)(sc = sizeCtl) && (tab = table) != null &&
(n = tab.length) < MAXIMUM_CAPACITY) {
int rs = resizeStamp(n);//扩容时间戳，用于防止长时间循环扩容
if (sc < 0) {//sizeCtl<0，表示正在扩容
// 如果 sc 的低 16 位不等于 标识符（校验异常 sizeCtl 变化了）
// 如果 sc == 标识符 + 1 （扩容结束了，不再有线程进行扩容）（默认第一个线程设置 sc ==rs 左移 16 位 + 2，当第一个线程结束扩容了，就会将 sc 减一。这个时候，sc 就等于 rs + 1）
// 如果 sc == 标识符 + 65535（帮助线程数已经达到最大）
// 如果 nextTable == null（结束扩容了）
// 如果 transferIndex <= 0 (转移状态变化了)
// 结束循环
if ((sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs || sc == rs + 1 ||
sc == rs + MAX_RESIZERS || (nt = nextTable) == null ||
transferIndex <= 0)
break;
// 如果可以帮助扩容，那么将 sc 加 1. 表示多了一个线程在帮助扩容
if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1))
transfer(tab, nt);//扩容
}
//如果不在扩容，将 sc 更新：标识符左移 16 位 然后 + 2.
//也就是变成一个负数。高 16 位是标识符，低 16 位初始是 2.
else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc,
(rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2)) // 更新 sizeCtl 为负数后，开始扩容。
transfer(tab, null);
s = sumCount();
}
}
}
扩容
//todo
树化
//todo
参考
https://www.cnblogs.com/williamjie/p/9099861.html
《Java核心技术36讲》 杨晓峰
