【JUC】JDK1.8源码分析之ConcurrentHashMap(一)

Java基础

浏览数:173

2019-3-19

AD:资源代下载服务

一、前言

  最近几天忙着做点别的东西,今天终于有时间分析源码了,看源码感觉很爽,并且发现ConcurrentHashMap在JDK1.8版本与之前的版本在并发控制上存在很大的差别,很有必要进行认真的分析,下面进行源码分析。

二、ConcurrentHashMap数据结构

  之前已经提及过,ConcurrentHashMap相比HashMap而言,是多线程安全的,其底层数据与HashMap的数据结构相同,数据结构如下

  说明:ConcurrentHashMap的数据结构(数组+链表+红黑树),桶中的结构可能是链表,也可能是红黑树,红黑树是为了提高查找效率。

三、ConcurrentHashMap源码分析

  3.1 类的继承关系 

public class ConcurrentHashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
    implements ConcurrentMap<K,V>, Serializable {}

  说明:ConcurrentHashMap继承了AbstractMap抽象类,该抽象类定义了一些基本操作,同时,也实现了ConcurrentMap接口,ConcurrentMap接口也定义了一系列操作,实现了Serializable接口表示ConcurrentHashMap可以被序列化。

  3.2 类的内部类

  ConcurrentHashMap包含了很多内部类,其中主要的内部类框架图如下图所示

  说明:可以看到,ConcurrentHashMap的内部类非常的庞大,第二个图是在JDK1.8下增加的类,下面对其中主要的内部类进行分析和讲解。

  1. Node类

  Node类主要用于存储具体键值对,其子类有ForwardingNode、ReservationNode、TreeNode和TreeBin四个子类。四个子类具体的代码在之后的具体例子中进行分析讲解。

  2. Traverser类

  Traverser类主要用于遍历操作,其子类有BaseIterator、KeySpliterator、ValueSpliterator、EntrySpliterator四个类,BaseIterator用于遍历操作。KeySplitertor、ValueSpliterator、EntrySpliterator则用于键、值、键值对的划分。

  3. CollectionView类

  CollectionView抽象类主要定义了视图操作,其子类KeySetView、ValueSetView、EntrySetView分别表示键视图、值视图、键值对视图。对视图均可以进行操作。

  4. Segment类

  Segment类在JDK1.8中与之前的版本的JDK作用存在很大的差别,JDK1.8下,其在普通的ConcurrentHashMap操作中已经没有失效,其在序列化与反序列化的时候会发挥作用。

  5. CounterCell

  CounterCell类主要用于对baseCount的计数。

  3.3 类的属性

public class ConcurrentHashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
    implements ConcurrentMap<K,V>, Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 7249069246763182397L;
    // 表的最大容量
    private static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
    // 默认表的大小
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 16;
    // 最大数组大小
    static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
    // 默认并发数
    private static final int DEFAULT_CONCURRENCY_LEVEL = 16;
    // 装载因子
    private static final float LOAD_FACTOR = 0.75f;
    // 转化为红黑树的阈值
    static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
    // 由红黑树转化为链表的阈值
    static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
    // 转化为红黑树的表的最小容量
    static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
    // 每次进行转移的最小值
    private static final int MIN_TRANSFER_STRIDE = 16;
    // 生成sizeCtl所使用的bit位数
    private static int RESIZE_STAMP_BITS = 16;
    // 进行扩容所允许的最大线程数
    private static final int MAX_RESIZERS = (1 << (32 - RESIZE_STAMP_BITS)) - 1;
    // 记录sizeCtl中的大小所需要进行的偏移位数
    private static final int RESIZE_STAMP_SHIFT = 32 - RESIZE_STAMP_BITS;    
    // 一系列的标识
    static final int MOVED     = -1; // hash for forwarding nodes
    static final int TREEBIN   = -2; // hash for roots of trees
    static final int RESERVED  = -3; // hash for transient reservations
    static final int HASH_BITS = 0x7fffffff; // usable bits of normal node hash
    // 
    /** Number of CPUS, to place bounds on some sizings */
    // 获取可用的CPU个数
    static final int NCPU = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
    // 
    /** For serialization compatibility. */
    // 进行序列化的属性
    private static final ObjectStreamField[] serialPersistentFields = {
        new ObjectStreamField("segments", Segment[].class),
        new ObjectStreamField("segmentMask", Integer.TYPE),
        new ObjectStreamField("segmentShift", Integer.TYPE)
    };
    
    // 表
    transient volatile Node<K,V>[] table;
    // 下一个表
    private transient volatile Node<K,V>[] nextTable;
    //
    /**
     * Base counter value, used mainly when there is no contention,
     * but also as a fallback during table initialization
     * races. Updated via CAS.
     */
    // 基本计数
    private transient volatile long baseCount;
    //
    /**
     * 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.
     */
    // 对表初始化和扩容控制
    private transient volatile int sizeCtl;
    
    /**
     * The next table index (plus one) to split while resizing.
     */
    // 扩容下另一个表的索引
    private transient volatile int transferIndex;

    /**
     * Spinlock (locked via CAS) used when resizing and/or creating CounterCells.
     */
    // 旋转锁
    private transient volatile int cellsBusy;

    /**
     * Table of counter cells. When non-null, size is a power of 2.
     */
    // counterCell表
    private transient volatile CounterCell[] counterCells;

    // views
    // 视图
    private transient KeySetView<K,V> keySet;
    private transient ValuesView<K,V> values;
    private transient EntrySetView<K,V> entrySet;
    
    // Unsafe mechanics
    private static final sun.misc.Unsafe U;
    private static final long SIZECTL;
    private static final long TRANSFERINDEX;
    private static final long BASECOUNT;
    private static final long CELLSBUSY;
    private static final long CELLVALUE;
    private static final long ABASE;
    private static final int ASHIFT;

    static {
        try {
            U = sun.misc.Unsafe.getUnsafe();
            Class<?> k = ConcurrentHashMap.class;
            SIZECTL = U.objectFieldOffset
                (k.getDeclaredField("sizeCtl"));
            TRANSFERINDEX = U.objectFieldOffset
                (k.getDeclaredField("transferIndex"));
            BASECOUNT = U.objectFieldOffset
                (k.getDeclaredField("baseCount"));
            CELLSBUSY = U.objectFieldOffset
                (k.getDeclaredField("cellsBusy"));
            Class<?> ck = CounterCell.class;
            CELLVALUE = U.objectFieldOffset
                (ck.getDeclaredField("value"));
            Class<?> ak = Node[].class;
            ABASE = U.arrayBaseOffset(ak);
            int scale = U.arrayIndexScale(ak);
            if ((scale & (scale - 1)) != 0)
                throw new Error("data type scale not a power of two");
            ASHIFT = 31 - Integer.numberOfLeadingZeros(scale);
        } catch (Exception e) {
            throw new Error(e);
        }
    }
}

  说明:ConcurrentHashMap的属性很多,其中不少属性在HashMap中就已经介绍过,而对于ConcurrentHashMap而言,添加了Unsafe实例,主要用于反射获取对象相应的字段。

  3.4 类的构造函数

  1. ConcurrentHashMap()型构造函数  

public ConcurrentHashMap() {
    }

  说明:该构造函数用于创建一个带有默认初始容量 (16)、加载因子 (0.75) 和 concurrencyLevel (16) 的新的空映射。

  2. ConcurrentHashMap(int)型构造函数  

    public ConcurrentHashMap(int initialCapacity) {
        if (initialCapacity < 0) // 初始容量小于0,抛出异常
            throw new IllegalArgumentException();
        int cap = ((initialCapacity >= (MAXIMUM_CAPACITY >>> 1)) ?
                   MAXIMUM_CAPACITY :
                   tableSizeFor(initialCapacity + (initialCapacity >>> 1) + 1)); // 找到最接近该容量的2的幂次方数
        // 初始化
        this.sizeCtl = cap;
    }

  说明:该构造函数用于创建一个带有指定初始容量、默认加载因子 (0.75) 和 concurrencyLevel (16) 的新的空映射。

  3. ConcurrentHashMap(Map<? extends K, ? extends V>)型构造函数

    public ConcurrentHashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
        this.sizeCtl = DEFAULT_CAPACITY;
        // 将集合m的元素全部放入
        putAll(m);
    }

  说明:该构造函数用于构造一个与给定映射具有相同映射关系的新映射。

  4. ConcurrentHashMap(int, float)型构造函数  

    public ConcurrentHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
        this(initialCapacity, loadFactor, 1);
    }

  说明:该构造函数用于创建一个带有指定初始容量、加载因子和默认 concurrencyLevel (1) 的新的空映射。

  5. ConcurrentHashMap(int, float, int)型构造函数  

    public ConcurrentHashMap(int initialCapacity,
                             float loadFactor, int concurrencyLevel) {
        if (!(loadFactor > 0.0f) || initialCapacity < 0 || concurrencyLevel <= 0) // 合法性判断
            throw new IllegalArgumentException();
        if (initialCapacity < concurrencyLevel)   // Use at least as many bins
            initialCapacity = concurrencyLevel;   // as estimated threads
        long size = (long)(1.0 + (long)initialCapacity / loadFactor);
        int cap = (size >= (long)MAXIMUM_CAPACITY) ?
            MAXIMUM_CAPACITY : tableSizeFor((int)size);
        this.sizeCtl = cap;
    }

  说明:该构造函数用于创建一个带有指定初始容量、加载因子和并发级别的新的空映射。

  对于构造函数而言,会根据输入的initialCapacity的大小来确定一个最小的且大于等于initialCapacity大小的2的n次幂,如initialCapacity为15,则sizeCtl为16,若initialCapacity为16,则sizeCtl为16。若initialCapacity大小超过了允许的最大值,则sizeCtl为最大值。值得注意的是,构造函数中的concurrencyLevel参数已经在JDK1.8中的意义发生了很大的变化,其并不代表所允许的并发数,其只是用来确定sizeCtl大小,在JDK1.8中的并发控制都是针对具体的桶而言,即有多少个桶就可以允许多少个并发数。

  3.5 核心函数分析

  1. putVal函数  

    final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
        if (key == null || value == null) throw new NullPointerException(); // 键或值为空,抛出异常
        // 键的hash值经过计算获得hash值
        int hash = spread(key.hashCode());
        int binCount = 0;
        for (Node<K,V>[] tab = table;;) { // 无限循环
            Node<K,V> f; int n, i, fh;
            if (tab == null || (n = tab.length) == 0) // 表为空或者表的长度为0
                // 初始化表
                tab = initTable();
            else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) { // 表不为空并且表的长度大于0,并且该桶不为空
                if (casTabAt(tab, i, null,
                             new Node<K,V>(hash, key, value, null))) // 比较并且交换值,如tab的第i项为空则用新生成的node替换
                    break;                   // no lock when adding to empty bin
            }
            else if ((fh = f.hash) == MOVED) // 该结点的hash值为MOVED
                // 进行结点的转移(在扩容的过程中)
                tab = helpTransfer(tab, f);
            else {
                V oldVal = null;
                synchronized (f) { // 加锁同步
                    if (tabAt(tab, i) == f) { // 找到table表下标为i的节点
                        if (fh >= 0) { // 该table表中该结点的hash值大于0
                            // binCount赋值为1
                            binCount = 1;
                            for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) { // 无限循环
                                K ek;
                                if (e.hash == hash &&
                                    ((ek = e.key) == key ||
                                     (ek != null && key.equals(ek)))) { // 结点的hash值相等并且key也相等
                                    // 保存该结点的val值
                                    oldVal = e.val;
                                    if (!onlyIfAbsent) // 进行判断
                                        // 将指定的value保存至结点,即进行了结点值的更新
                                        e.val = value;
                                    break;
                                }
                                // 保存当前结点
                                Node<K,V> pred = e;
                                if ((e = e.next) == null) { // 当前结点的下一个结点为空,即为最后一个结点
                                    // 新生一个结点并且赋值给next域
                                    pred.next = new Node<K,V>(hash, key,
                                                              value, null);
                                    // 退出循环
                                    break;
                                }
                            }
                        }
                        else if (f instanceof TreeBin) { // 结点为红黑树结点类型
                            Node<K,V> p;
                            // binCount赋值为2
                            binCount = 2;
                            if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,
                                                           value)) != null) { // 将hash、key、value放入红黑树
                                // 保存结点的val
                                oldVal = p.val;
                                if (!onlyIfAbsent) // 判断
                                    // 赋值结点value值
                                    p.val = value;
                            }
                        }
                    }
                }
                if (binCount != 0) { // binCount不为0
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD) // 如果binCount大于等于转化为红黑树的阈值
                        // 进行转化
                        treeifyBin(tab, i);
                    if (oldVal != null) // 旧值不为空
                        // 返回旧值
                        return oldVal;
                    break;
                }
            }
        }
        // 增加binCount的数量
        addCount(1L, binCount);
        return null;
    }

  说明:put函数底层调用了putVal进行数据的插入,对于putVal函数的流程大体如下。

  ① 判断存储的key、value是否为空,若为空,则抛出异常,否则,进入步骤②

  ② 计算key的hash值,随后进入无限循环,该无限循环可以确保成功插入数据,若table表为空或者长度为0,则初始化table表,否则,进入步骤③

  ③ 根据key的hash值取出table表中的结点元素,若取出的结点为空(该桶为空),则使用CAS将key、value、hash值生成的结点放入桶中。否则,进入步骤④

  ④ 若该结点的的hash值为MOVED,则对该桶中的结点进行转移,否则,进入步骤⑤

  ⑤ 对桶中的第一个结点(即table表中的结点)进行加锁,对该桶进行遍历,桶中的结点的hash值与key值与给定的hash值和key值相等,则根据标识选择是否进行更新操作(用给定的value值替换该结点的value值),若遍历完桶仍没有找到hash值与key值和指定的hash值与key值相等的结点,则直接新生一个结点并赋值为之前最后一个结点的下一个结点。进入步骤⑥

  ⑥ 若binCount值达到红黑树转化的阈值,则将桶中的结构转化为红黑树存储,最后,增加binCount的值。

  在putVal函数中会涉及到如下几个函数:initTable、tabAt、casTabAt、helpTransfer、putTreeVal、treeifyBin、addCount函数。下面对其中涉及到的函数进行分析。

  其中 initTable函数源码如下

    private final Node<K,V>[] initTable() {
        Node<K,V>[] tab; int sc;
        while ((tab = table) == null || tab.length == 0) { // 无限循环
            if ((sc = sizeCtl) < 0) // sizeCtl小于0,则进行线程让步等待
                Thread.yield(); // lost initialization race; just spin
            else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) { // 比较sizeCtl的值与sc是否相等,相等则用-1替换
                try {
                    if ((tab = table) == null || tab.length == 0) { // table表为空或者大小为0
                        // sc的值是否大于0,若是,则n为sc,否则,n为默认初始容量
                        int n = (sc > 0) ? sc : DEFAULT_CAPACITY;
                        @SuppressWarnings("unchecked")
                        // 新生结点数组
                        Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n];
                        // 赋值给table
                        table = tab = nt;
                        // sc为n * 3/4
                        sc = n - (n >>> 2);
                    }
                } finally {
                    // 设置sizeCtl的值
                    sizeCtl = sc;
                }
                break;
            }
        }
        // 返回table表
        return tab;
    }

  说明:对于table的大小,会根据sizeCtl的值进行设置,如果没有设置szieCtl的值,那么默认生成的table大小为16,否则,会根据sizeCtl的大小设置table大小。

  tabAt函数源码如下

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);
    }

  说明:此函数返回table数组中下标为i的结点,可以看到是通过Unsafe对象通过反射获取的,getObjectVolatile的第二项参数为下标为i的偏移地址。

  casTabAt函数源码如下 

    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);
    }

  说明:此函数用于比较table数组下标为i的结点是否为c,若为c,则用v交换操作。否则,不进行交换操作。

  helpTransfer函数源码如下

    final Node<K,V>[] helpTransfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V> f) {
        Node<K,V>[] nextTab; int sc;
        if (tab != null && (f instanceof ForwardingNode) &&
            (nextTab = ((ForwardingNode<K,V>)f).nextTable) != null) { // table表不为空并且结点类型使ForwardingNode类型,并且结点的nextTable不为空
            int rs = resizeStamp(tab.length);
            while (nextTab == nextTable && table == tab &&
                   (sc = sizeCtl) < 0) { // 条件判断
                if ((sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs || sc == rs + 1 ||
                    sc == rs + MAX_RESIZERS || transferIndex <= 0) // 
                    break;
                if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1)) { // 比较并交换
                    // 将table的结点转移到nextTab中
                    transfer(tab, nextTab);
                    break;
                }
            }
            return nextTab;
        }
        return table;
    }

  说明:此函数用于在扩容时将table表中的结点转移到nextTable中。

  putTreeVal函数源码如下

        final TreeNode<K,V> putTreeVal(int h, K k, V v) {
            Class<?> kc = null;
            boolean searched = false;
            for (TreeNode<K,V> p = root;;) {
                int dir, ph; K pk;
                if (p == null) {
                    first = root = new TreeNode<K,V>(h, k, v, null, null);
                    break;
                }
                else if ((ph = p.hash) > h)
                    dir = -1;
                else if (ph < h)
                    dir = 1;
                else if ((pk = p.key) == k || (pk != null && k.equals(pk)))
                    return p;
                else if ((kc == null &&
                          (kc = comparableClassFor(k)) == null) ||
                         (dir = compareComparables(kc, k, pk)) == 0) {
                    if (!searched) {
                        TreeNode<K,V> q, ch;
                        searched = true;
                        if (((ch = p.left) != null &&
                             (q = ch.findTreeNode(h, k, kc)) != null) ||
                            ((ch = p.right) != null &&
                             (q = ch.findTreeNode(h, k, kc)) != null))
                            return q;
                    }
                    dir = tieBreakOrder(k, pk);
                }

                TreeNode<K,V> xp = p;
                if ((p = (dir <= 0) ? p.left : p.right) == null) {
                    TreeNode<K,V> x, f = first;
                    first = x = new TreeNode<K,V>(h, k, v, f, xp);
                    if (f != null)
                        f.prev = x;
                    if (dir <= 0)
                        xp.left = x;
                    else
                        xp.right = x;
                    if (!xp.red)
                        x.red = true;
                    else {
                        lockRoot();
                        try {
                            root = balanceInsertion(root, x);
                        } finally {
                            unlockRoot();
                        }
                    }
                    break;
                }
            }
            assert checkInvariants(root);
            return null;
        }

  说明:此函数用于将指定的hash、key、value值添加到红黑树中,若已经添加了,则返回null,否则返回该结点。

  treeifyBin函数源码如下 

    private final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int index) {
        Node<K,V> b; int n, sc;
        if (tab != null) { // 表不为空
            if ((n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY) // table表的长度小于最小的长度
                // 进行扩容,调整某个桶中结点数量过多的问题(由于某个桶中结点数量超出了阈值,则触发treeifyBin)
                tryPresize(n << 1);
            else if ((b = tabAt(tab, index)) != null && b.hash >= 0) { // 桶中存在结点并且结点的hash值大于等于0
                synchronized (b) { // 对桶中第一个结点进行加锁
                    if (tabAt(tab, index) == b) { // 第一个结点没有变化
                        TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
                        for (Node<K,V> e = b; e != null; e = e.next) { // 遍历桶中所有结点
                            // 新生一个TreeNode结点
                            TreeNode<K,V> p =
                                new TreeNode<K,V>(e.hash, e.key, e.val,
                                                  null, null);
                            if ((p.prev = tl) == null) // 该结点前驱为空
                                // 设置p为头结点
                                hd = p;
                            else
                                // 尾节点的next域赋值为p
                                tl.next = p;
                            // 尾节点赋值为p
                            tl = p;
                        }
                        // 设置table表中下标为index的值为hd
                        setTabAt(tab, index, new TreeBin<K,V>(hd));
                    }
                }
            }
        }
    }

  说明:此函数用于将桶中的数据结构转化为红黑树,其中,值得注意的是,当table的长度未达到阈值时,会进行一次扩容操作,该操作会使得触发treeifyBin操作的某个桶中的所有元素进行一次重新分配,这样可以避免某个桶中的结点数量太大。

  addCount函数源码如下 

    private final void addCount(long x, int check) {
        CounterCell[] as; long b, s;
        if ((as = counterCells) != null ||
            !U.compareAndSwapLong(this, BASECOUNT, b = baseCount, s = b + x)) { // counterCells不为空或者比较交换失败
            CounterCell a; long v; int m;
            // 无竞争标识
            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();
        }
        if (check >= 0) {
            Node<K,V>[] tab, nt; int n, sc;
            while (s >= (long)(sc = sizeCtl) && (tab = table) != null &&
                   (n = tab.length) < MAXIMUM_CAPACITY) {
                int rs = resizeStamp(n);
                if (sc < 0) {
                    if ((sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs || sc == rs + 1 ||
                        sc == rs + MAX_RESIZERS || (nt = nextTable) == null ||
                        transferIndex <= 0)
                        break;
                    if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1))
                        transfer(tab, nt);
                }
                else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc,
                                             (rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2))
                    transfer(tab, null);
                s = sumCount();
            }
        }
    }

  说明:此函数主要完成binCount的值加1的操作。

  2. get函数  

    public V get(Object key) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> e, p; int n, eh; K ek;
        // 计算key的hash值
        int h = spread(key.hashCode()); 
        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
            (e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null) { // 表不为空并且表的长度大于0并且key所在的桶不为空
            if ((eh = e.hash) == h) { // 表中的元素的hash值与key的hash值相等
                if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))) // 键相等
                    // 返回值
                    return e.val;
            }
            else if (eh < 0) // 结点hash值小于0
                // 在桶(链表/红黑树)中查找
                return (p = e.find(h, key)) != null ? p.val : null;
            while ((e = e.next) != null) { // 对于结点hash值大于0的情况
                if (e.hash == h &&
                    ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))))
                    return e.val;
            }
        }
        return null;
    }

  说明:get函数根据key的hash值来计算在哪个桶中,再遍历桶,查找元素,若找到则返回该结点,否则,返回null。

  3. replaceNode函数

    final V replaceNode(Object key, V value, Object cv) {
        // 计算key的hash值
        int hash = spread(key.hashCode());
        for (Node<K,V>[] tab = table;;) { // 无限循环
            Node<K,V> f; int n, i, fh;
            if (tab == null || (n = tab.length) == 0 ||
                (f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) // table表为空或者表长度为0或者key所对应的桶为空
                // 跳出循环
                break;
            else if ((fh = f.hash) == MOVED) // 桶中第一个结点的hash值为MOVED
                // 转移
                tab = helpTransfer(tab, f);
            else {
                V oldVal = null;
                boolean validated = false;
                synchronized (f) { // 加锁同步
                    if (tabAt(tab, i) == f) { // 桶中的第一个结点没有发生变化
                        if (fh >= 0) { // 结点hash值大于0
                            validated = true;
                            for (Node<K,V> e = f, pred = null;;) { // 无限循环
                                K ek;
                                if (e.hash == hash &&
                                    ((ek = e.key) == key ||
                                     (ek != null && key.equals(ek)))) { // 结点的hash值与指定的hash值相等,并且key也相等
                                    V ev = e.val;
                                    if (cv == null || cv == ev ||
                                        (ev != null && cv.equals(ev))) { // cv为空或者与结点value相等或者不为空并且相等
                                        // 保存该结点的val值
                                        oldVal = ev;
                                        if (value != null) // value为null
                                            // 设置结点value值
                                            e.val = value;
                                        else if (pred != null) // 前驱不为空
                                            // 前驱的后继为e的后继,即删除了e结点
                                            pred.next = e.next;
                                        else
                                            // 设置table表中下标为index的值为e.next
                                            setTabAt(tab, i, e.next);
                                    }
                                    break;
                                }
                                pred = e;
                                if ((e = e.next) == null)
                                    break;
                            }
                        }
                        else if (f instanceof TreeBin) { // 为红黑树结点类型
                            validated = true;
                            // 类型转化
                            TreeBin<K,V> t = (TreeBin<K,V>)f;
                            TreeNode<K,V> r, p;
                            if ((r = t.root) != null &&
                                (p = r.findTreeNode(hash, key, null)) != null) { // 根节点不为空并且存在与指定hash和key相等的结点
                                // 保存p结点的value
                                V pv = p.val;
                                if (cv == null || cv == pv ||
                                    (pv != null && cv.equals(pv))) { // cv为空或者与结点value相等或者不为空并且相等
                                    oldVal = pv;
                                    if (value != null) 
                                        p.val = value;
                                    else if (t.removeTreeNode(p)) // 移除p结点
                                        setTabAt(tab, i, untreeify(t.first));
                                }
                            }
                        }
                    }
                }
                if (validated) {
                    if (oldVal != null) {
                        if (value == null)
                            // baseCount值减一
                            addCount(-1L, -1);
                        return oldVal;
                    }
                    break;
                }
            }
        }
        return null;
    }

  说明:此函数对remove函数提供支持,remove函数底层是调用的replaceNode函数实现结点的删除。 

四、示例

  下面一个示例展示了多线程下HashMap、Hashtable、ConcurrentHashMap的性能差异。源码如下  

package com.hust.grid.leesf.collections;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.Collections;
import java.util.Hashtable;

class PutThread extends Thread {
    private Map<String, Integer> map;
    private CountDownLatch countDownLatch;
    private String key = this.getId() + "";

    PutThread(Map<String, Integer> map, CountDownLatch countDownLatch) {
        this.map = map;
        this.countDownLatch = countDownLatch;
    }

    public void run() {
        for (int i = 1; i <= ConcurrentHashMapDemo.NUMBER; i++) {
            map.put(key, i);
        }
        countDownLatch.countDown();
    }
}

class GetThread extends Thread {
    private Map<String, Integer> map;
    private CountDownLatch countDownLatch;
    private String key = this.getId() + "";

    GetThread(Map<String, Integer> map, CountDownLatch countDownLatch) {
        this.map = map;
        this.countDownLatch = countDownLatch;
    }

    public void run() {
        for (int i = 1; i <= ConcurrentHashMapDemo.NUMBER; i++) {
            map.get(key);
        }
        countDownLatch.countDown();
    }
}

public class ConcurrentHashMapDemo {
    static final int THREADNUMBER = 50;
    static final int NUMBER = 5000;

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Map<String, Integer> hashmapSync = Collections
                .synchronizedMap(new HashMap<String, Integer>());
        Map<String, Integer> concurrentHashMap = new ConcurrentHashMap<String, Integer>();
        Map<String, Integer> hashtable = new Hashtable<String, Integer>();
        long totalA = 0L;
        long totalB = 0L;
        long totalC = 0L;
        for (int i = 0; i <= 100; i++) {
            totalA += put(hashmapSync);
            totalB += put(concurrentHashMap);
            totalC += put(hashtable);
        }
        System.out.println("put time HashMapSync = " + totalA + "ms.");
        System.out.println("put time ConcurrentHashMap = " + totalB + "ms.");
        System.out.println("put time Hashtable = " + totalC + "ms.");
        totalA = 0;
        totalB = 0;
        totalC = 0;
        for (int i = 0; i <= 10; i++) {
            totalA += get(hashmapSync);
            totalB += get(concurrentHashMap);
            totalC += get(hashtable);
        }
        System.out.println("get time HashMapSync=" + totalA + "ms.");
        System.out.println("get time ConcurrentHashMap=" + totalB + "ms.");
        System.out.println("get time Hashtable=" + totalC + "ms.");
    }

    public static long put(Map<String, Integer> map) throws Exception {
        long start = System.currentTimeMillis();
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(THREADNUMBER);
        for (int i = 0; i < THREADNUMBER; i++) {
            new PutThread(map, countDownLatch).start();
        }
        countDownLatch.await();
        return System.currentTimeMillis() - start;
    }

    public static long get(Map<String, Integer> map) throws Exception {
        long start = System.currentTimeMillis();
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(THREADNUMBER);
        for (int i = 0; i < THREADNUMBER; i++) {
            new GetThread(map, countDownLatch).start();
        }
        countDownLatch.await();
        return System.currentTimeMillis() - start;
    }
}

  运行结果(某一次):  

put time HashMapSync = 5489ms.
put time ConcurrentHashMap = 1433ms.
put time Hashtable = 5331ms.
get time HashMapSync=491ms.
get time ConcurrentHashMap=101ms.
get time Hashtable=462ms.

  说明:程序中对HashMap进行了封装,将其封装为线程安全的集合,而ConcurrentHashMap是线程安全的,Hashtable也是线程安全的,但是,其并发效率并不搞,可以看到,ConcurrentHashMap的性能相比HashMap的线程安全同步集合和Hashtable而言,性能都要高出不少。原因是经过Collections封装的线程安全的HashMap和Hashtable都是对整个结构加锁,而ConcurrentHashMap是对每一个桶单独进行锁操作,不同的桶之间的操作不会相互影响,可以并发执行。因此,其速度会快很多。

五、总结

  JDK1.8的ConcurrentHashMap相比之前版本的ConcurrentHashMap有很了大的改进与不同,只有通过分析源码才能领略代码的魅力,当然,此次的分析仅仅涉及到了主要的函数,对于其他的函数,读者可以自行分析,谢谢各位园友的观看~

 

下面一篇文章写得非常好,推荐一读

http://www.cnblogs.com/huaizuo/archive/2016/04/20/5413069.html

 

设计模式目录

PS:如果您觉得阅读本文对您有帮助,请点一下“推荐”按钮,您的“推荐”,将会是我不竭的动力!

作者:leesf    掌控之中,才会成功;掌控之外,注定失败。

出处:http://www.cnblogs.com/leesf456/

本文版权归作者和博客园共有,欢迎转载,但未经作者同意必须保留此段声明,且在文章页面明显位置给出原文连接,否则保留追究法律责任的权利。


如果觉得本文对您有帮助,您可以请我喝杯咖啡!