从源码初步了解ConcurrentHashMap

为什么要了解ConcurrentHashMap

首先先说下为什么我们需要了解ConcurrentHashMap。原因其实很简单:①HashMap在多线程环境下会有线程不安全的情况,比如在put时会造成死循环。②线程安全的HashTable效率低,HashTable的所有方法都使用Synchroized来确保线程安全,但是这也是当一个线程进行get操作时,其他线程想要get也得靠边等待。

为了保证线程安全的使用,我们有两种选择。一、使用Collections类下的SynchronizedMap,当然,这与使用HashTable没什么两样。二、使用ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap结构

ConcurrentHashMap采用分段锁技术,将整个HashEntry分成多个部分,当进行put时,只需要获得对应部分的锁即可。
从源码初步了解ConcurrentHashMap_第1张图片

ConcurrentHashMap是由Segment数组结构和HashEntry数组结构组成。Segment是一种可重入锁(ReentrantLock),HashEntry用于存储键值对。一个Segment包含一个HashEntry数组。每个Segment守护着一个HashEntry数组里的元素。当对HashEntry数组的数据进行修改时,必须首先获得与它对应的Segment锁。

源码解析

下面对于JDK1.8中的ConcurrentHashMap进行解析。

put()

	public V put(K key, V value) {
        return putVal(key, value, false);
    }
	
	final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
        //ConcurrentHashMap的key不能为null
        if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
        //得到hash值
        int hash = spread(key.hashCode());
        //用于记录相应链表的长度
        int binCount = 0;
        for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
            Node<K,V> f; int n, i, fh;
            //数组为空则初始化
            if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
                tab = initTable();
            //通过hash值找到对应的数组下标f,并且该数组中还没有元素
            else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
                //使用CAS操作将新值放入table中
                //          成功则退出循环
                //          失败则表示有并发操作,进入下一次循环
                if (casTabAt(tab, i, null,
                             new Node<K,V>(hash, key, value, null)))
                    break;                   // no lock when adding to empty bin
            }
            else if ((fh = f.hash) == MOVED)
                //扩容导致数据迁移
                tab = helpTransfer(tab, f);
            //找到数组下标后,数组中已经有元素了,f是头结点
            else {
                V oldVal = null;
                //获得头结点f的监视器锁
                synchronized (f) {
                    if (tabAt(tab, i) == f) {
                        //头结点f的哈希值大于0,说明是链表
                        if (fh >= 0) {
                            //用于累加,记录链表长度
                            binCount = 1;
                            for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {
                                K ek;
                                //如果该节点的hash值等于待put的key的hash并且key值与节点key值“相等”则覆盖value
                                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;
                                //如果到了链表末尾,则将新值插入链表最后
                                if ((e = e.next) == null) {
                                    pred.next = new Node<K,V>(hash, key,
                                                              value, null);
                                    break;
                                }
                            }
                        }
                        //红黑树
                        else if (f instanceof TreeBin) {
                            Node<K,V> p;
                            binCount = 2;
                            //调用红黑树的方法插入节点
                            if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,
                                                           value)) != null) {
                                oldVal = p.val;
                                if (!onlyIfAbsent)
                                    p.val = value;
                            }
                        }
                    }
                }
                if (binCount != 0) {
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
                        //链表长度大于8转为红黑树
                        treeifyBin(tab, i);
                    if (oldVal != null)
                        return oldVal;
                    break;
                }
            }
        }
        addCount(1L, binCount);
        return null;
    }

put流程:

  1. 计算hash值。
  2. 根据hash值找到数组中对应的下标位置:(n-1)&h。
  3. 循环数组。
    ① 数组为空,进行初始化。
    ② 找到hash值对应的数组下标((n-1)&h),该下标处数组元素为空,使用CAS操作将新值放入数组中。成功:退出循环。失败:有并发操作发生,进行下一次循环。
    ③ 该下标的hash值为-1,说明正在进行扩容,需要进行数据在新老数组之间的迁移。
    ④ 该下标处数组元素不为空,则锁住头节点,进行链表或是红黑树的插入。头节点的哈希值大于0,进行链表插入。如果头节点为TreeBin,进行红黑树插入。
    ⑤ 判断链表长度,大于8则转为红黑树。

get()

	public V get(Object key) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> e, p; int n, eh; K ek;
        int h = spread(key.hashCode());
        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
            (e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null) {
            //判断头节点是否就是要查找的元素
            if ((eh = e.hash) == h) {
                if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))
                    return e.val;
            }
            //hash值小于0,说明链表已经转为红黑树
            else if (eh < 0)
                return (p = e.find(h, key)) != null ? p.val : null;
            //遍历链表获得value
            while ((e = e.next) != null) {
                if (e.hash == h &&
                    ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))))
                    return e.val;
            }
        }
        return null;
    }

get流程:

  1. 计算hash值。
  2. 根据hash值找到数组中对应的下标位置:(n-1)&h。
  3. 根据该位置处节点性质进行查找
    ① 判断头节点是否是要查找的元素
    ② 如果头节点的hash值小于零,进行红黑树结构的查找
    ③ 遍历链表进行查找
    ④ 未找到,返回空

总结

这里只是简单的介绍了ConcurrentHashMap的put以及get过程,更多的还有tryPreSize()transfer()步骤,一个是对进行扩容操作,一个是进行扩容后将数据迁移到新数组的过程,这里就不讲解了,那两块代码也是真的多。以后有时间再来补充吧。

你可能感兴趣的:(面试题)