并发编程（十二）：ConcurrentHashMap源码分析
一，ConcurrentHashMap概述
1，ConcurrentHashMap
* ConcurrentHashMap 和 HashMap 原理基本一致，就是在 HashMap 的基础上增加了锁处理，支持并发操作，在实现上比 HashMap 更复杂点。先比较与 JDK7，JDK8在实现上，修改原来通过 Segment 进行加锁的方式改为通过 Node 进行加锁，同时在链表方面，如果链表长度超过阈值，则转换为红黑树；红黑树部分没有分析，因为不会。。。
2，类图
3，常量及常用API
3.1，常量
// 最大允许长度
private static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
// 默认长度
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 16;
// 最大数组长度-转数组使用
static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
// 扩容因子
private static final float LOAD_FACTOR = 0.75f;
// 链表 -> 红黑树转换阈值
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
// 红黑水 -> 链表转换阈值
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
// 最小树化容量，如果需要转换红黑树并且容量小于该值，则先扩容
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
// 扩容操作中，单个线程的最小步进
// 数据迁移通过分段迁移，由多线程协调执行，最小段数量为16，则如果长度为16，由一个线程进行扩容
private static final int MIN_TRANSFER_STRIDE = 16;
// 扩容操作使用
private static int RESIZE_STAMP_BITS = 16;
// 扩容操作使用，进行sizeCtl高低位移动，进行扩容线程数判断
private static final int RESIZE_STAMP_SHIFT = 32 - RESIZE_STAMP_BITS;
//最大扩容线程数量
private static final int MAX_RESIZERS = (1 << (32 - RESIZE_STAMP_BITS)) - 1;
// ForwardingNode的hash值，ForwardingNode是一种临时节点，在扩进行中才会出现，并且它不存储实际的数据，ForwardingNode继承自Node，默认hash初始化为-1
static final int MOVED = -1;
// 红黑树的HASH值
static final int TREEBIN = -2;
// ReservationNode的hash值，ReservationNode是一个保留节点，就是个占位符
static final int RESERVED = -3;
// 用于和负数hash值进行 & 运算，将其转化为正数（绝对值不相等）
static final int HASH_BITS = 0x7fffffff;
// CPU的核心数
static final int NCPU = Runtime.getRuntime().availableProcessors();3.2，变量
// 链表
transient volatile Node[] table;
// 扩容时候的新链表
private transient volatile Node[] nextTable;
// 分段计数，记录
private transient volatile CounterCell[] counterCells;
/*
* 非常重要的一个属性，源码中的英文翻译，直译过来是下面的四行文字的意思
* sizeCtl = -1，表示有线程正在进行真正的初始化操作
* sizeCtl = -(1 + nThreads)，表示有nThreads个线程正在进行扩容操作
* sizeCtl > 0，表示接下来的真正的初始化操作中使用的容量，或者初始化/扩容完成后的阈值
* sizeCtl = 0，默认值，此时在真正的初始化操作中使用默认容量
*/
private transient volatile int sizeCtl;
// 扩容任务的起始下标
private transient volatile int transferIndex;
// CAS自旋锁标志位，用于初始化，或者counterCells扩容时
private transient volatile int cellsBusy;
// 计数器基本值，主要在没有碰到多线程竞争时使用，需要通过CAS进行更新
private transient volatile long baseCount;
/* Contended类 */
// 当前统计数量
volatile long value; 3.3，常用API
/* 初始化部分 */
public ConcurrentHashMap();
public ConcurrentHashMap(int initialCapacity);
public ConcurrentHashMap(Map m);
/* 写数据部分 */
public V put(K key, V value);
public void putAll(Map m);
/* 读数据部分 */
public V get(Object key);
/* 移除数据部分 */
public V remove(Object key);
/* 获取长度 */
public int size();3.4，核心原子方法
// 获取 i 索引处对象
static final Node tabAt(Node[] tab, int i) {
return (Node)U.getObjectVolatile(tab, ((long)i << ASHIFT) + ABASE);
}
// 把 i 索引处为 c 的对象替换为 v
static final boolean casTabAt(Node[] tab, int i,
Node c, Node v) {
return U.compareAndSwapObject(tab, ((long)i << ASHIFT) + ABASE, c, v);
}
// 把 i 索引处对象设置为 v
static final void setTabAt(Node[] tab, int i, Node v) {
U.putObjectVolatile(tab, ((long)i << ASHIFT) + ABASE, v);
} 四，源码分析
1，初始化源码分析
1.1，ConcurrentHashMap(int initialCapacity)
* ConcurrentHashMap(int initialCapacity)
public ConcurrentHashMap(int initialCapacity) {
// 校验参数合法性
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException();
// 大于最大值，取最大值
// 合法数据，进行数据重处理，向上取整为2的整数次方
// 向上取整数倍为了再下标计算时更分散，该部分后续有机会在 HashMap 中分析
int cap = ((initialCapacity >= (MAXIMUM_CAPACITY >>> 1)) ?
MAXIMUM_CAPACITY :
tableSizeFor(initialCapacity + (initialCapacity >>> 1) + 1));
this.sizeCtl = cap;
}* tableSizeFor(int c)
private static final int tableSizeFor(int c) {
// 通过下列一系列或等于操作后，获取到的值肯定是2的整数次方
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;
}1.2，ConcurrentHashMap(Map m)
* ConcurrentHashMap(Map m)
public ConcurrentHashMap(Map m) {
// 初始化长度为默认长度，即16
this.sizeCtl = DEFAULT_CAPACITY;
// 调用 putAll 方法进行数据添加
// putAll 内部循环调用 putVal 方法，后续分析
putAll(m);
}2，put()源码分析
2.1，put() 总述
* put(K key, V value)
public V put(K key, V value) {
// 直接调用 putVal() 进行数据添加
return putVal(key, value, false);
}* putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent)
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
// 获取hash值
int hash = spread(key.hashCode());
int binCount = 0;
for (Node[] tab = table;;) {
Node f; int n, i, fh;
// 第一阶段：初始化阶段
if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
tab = initTable();
// 该部分表示当前下标没有元素，则直接插入
else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
if (casTabAt(tab, i, null,
new Node(hash, key, value, null)))
break; // no lock when adding to empty bin
}
// 第二阶段：扩容阶段
// 第一次触发扩容在统计数量，超过阈值后触发
// 此处表示扩容期间如果存在数据添加，则会增加一道线程去辅助扩容
else if ((fh = f.hash) == MOVED)
tab = helpTransfer(tab, f);
// 第四阶段：链表 + 红黑树操作
// 该部分在第四阶段分析时候，会单掕出来再分析
else {
V oldVal = null;
synchronized (f) {
if (tabAt(tab, i) == f) {
if (fh >= 0) {
binCount = 1;
for (Node 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 pred = e;
if ((e = e.next) == null) {
pred.next = new Node(hash, key,
value, null);
break;
}
}
}
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) {
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
treeifyBin(tab, i);
if (oldVal != null)
return oldVal;
break;
}
}
}
// 第三阶段：数量统计阶段
addCount(1L, binCount);
return null;
} * spread(int h)：获取key值对应的hash值，此处注意不是下标
static final int spread(int h) {
// 此处用当前key哈希值的高16位与低16位按位异或之后，在于魔数进行与运算
// 步骤的目的是尽量使hash值分散，之后与(length - 1)进行与运算，尽量保证数据能均匀分散
// 这也是为什么长度要是2的整数次方，比如16的二进制是100000，减1就是11111，再进行与运算，尽量保证分散
return (h ^ (h >>> 16)) & HASH_BITS;
}
static final int HASH_BITS = 0x7fffffff;2.2，put() 第一阶段：初始化阶段
* initTable()
private final Node[] initTable() {
Node[] tab; int sc;
// 此处通过自旋，保证初始化成功
while ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
// sizeCtl 在初始化时候已经复制为长度，即tab.length
// sizeCtl 表示正在初始化或者正在扩容
if ((sc = sizeCtl) < 0)
Thread.yield();
// 初始化时候，将 SIZECTL 的值修改为 -1，该状态比较重要，后续多处会涉及
else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {
try {
// 再对 table 进行判断，确定为空时候进行初始化
if ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
// 长度为0，取默认长度，即16
int n = (sc > 0) ? sc : DEFAULT_CAPACITY;
// 初始化 Node 数组，并赋值给 table
@SuppressWarnings("unchecked")
Node[] nt = (Node[])new Node[n];
table = tab = nt;
// 此处的结果是 3/4 * n，即0.75 * n，也就是扩容因子
// 后续如果数量超过 sc 的数量，说明需要扩容
sc = n - (n >>> 2);
}
} finally {
sizeCtl = sc;
}
break;
}
}
return tab;
} 2.3，put() 第二阶段（1）：数据统计阶段
* ConcurrentHashMap 数据统计采用分段统计。使用 CounterCell 数组存储每一段的数据数量，再获取总数据时，遍历求和。
* addCount(long x, int check)
// x 表示增加数量
// check 表示链表数量
// 总数量增加后可能会触发扩容，即正式触发第三阶段
private final void addCount(long x, int check) {
CounterCell[] as; long b, s;
// 首先对 CounterCell[] 进行判空，如果 CounterCell[] 为空，则依旧尝试通过CAS修改 baseCount 的值，由该值记录元素个数
// 如果CAS失败，说明存在线程竞争，则通过 CounterCell 记录个数
// CounterCell[] 不为空，直接通过 CounterCell 记录个数
if ((as = counterCells) != null ||
!U.compareAndSwapLong(this, BASECOUNT, b = baseCount, s = b + x)) {
CounterCell a; long v; int m;
// 是否冲突，默认表示没有冲突
boolean uncontended = true;
// 计数表为空，直接调用下面方法
// 计数表元素为空，直接调用下面方法; 技术表元素不为空，则随机获取一个有效元素作为 CounterCell 进行CAS处理
// ThreadLocalRandom.getProbe() 随机数，和 m 即计数表长度进行与运算后，取一个有效的下标
// 通过CAS修改 CounterCell 的值，如果修改失败，说明存在线程竞争，调用下面方法
if (as == null || (m = as.length - 1) < 0 ||
(a = as[ThreadLocalRandom.getProbe() & m]) == null ||
!(uncontended =
U.compareAndSwapLong(a, CELLVALUE, v = a.value, v + x))) {
// if条件走完后，没有递增成功，则进行递增操作
fullAddCount(x, uncontended);
return;
}
// 链表长度小于等于1，不考虑扩容
// 链表转红黑树需要满足两个条件：链表长度大于8，数组长度大于64
// 如果链表长度大于8，但是数组长度没有超过64，则先进行扩容操作
if (check <= 1)
return;
// 统计 ConcurrentHashMap 的元素个数
s = sumCount();
}
// >=0，表示该位置存在元素
if (check >= 0) {
Node[] tab, nt; int n, sc;
// s表示当前元素总数，sizeCtl表示扩容阈值，大于表示需要扩容
while (s >= (long)(sc = sizeCtl) && (tab = table) != null &&
(n = tab.length) < MAXIMUM_CAPACITY) {
// 此处在扩容阶段再具体分析，涉及辅助扩容方面东西，此处正式开始第三阶段
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();
}
}
} * fullAddCount(long x, boolean wasUncontended)：增加数量，该部分不涉及扩容
// x : 增加数量
// wasUncontended：是否存在冲突
private final void fullAddCount(long x, boolean wasUncontended) {
int h;
// 获取线程的 probe 值，值如果没有初始化，则进行初始化，并重置未冲突表示为true
if ((h = ThreadLocalRandom.getProbe()) == 0) {
ThreadLocalRandom.localInit();
h = ThreadLocalRandom.getProbe();
wasUncontended = true;
}
boolean collide = false;
for (;;) {
CounterCell[] as; CounterCell a; int n; long v;
// CounterCell[] 数组不为空，已经存在有效的 CounterCell 元素
if ((as = counterCells) != null && (n = as.length) > 0) {
// 获取下标，找到对应的 CounterCell 进行递增操作
if ((a = as[(n - 1) & h]) == null) {
// 为0表示不存在线程进行递增处理
if (cellsBusy == 0) {
// 初始化一个 CounterCell，并赋初值为递增值
CounterCell r = new CounterCell(x);
// 将 cellsBusy 状态改为正在进行递增处理
if (cellsBusy == 0 &&
U.compareAndSwapInt(this, CELLSBUSY, 0, 1)) {
boolean created = false;
try {
// 将初始化的 CounterCell 添加到数组中
CounterCell[] rs; int m, j;
if ((rs = counterCells) != null &&
(m = rs.length) > 0 &&
rs[j = (m - 1) & h] == null) {
rs[j] = r;
created = true;
}
} finally {
cellsBusy = 0;
}
// 创建失败，说明存在竞争，则继续自旋处理
if (created)
break;
continue;
}
}
collide = false;
}
// 后续操作首先说明 CounterCell 不为空
// 貌似没有应用，先不用管
else if (!wasUncontended)
wasUncontended = true;
// 通过CAS递增 value 值，修改成功则执行完成
else if (U.compareAndSwapLong(a, CELLVALUE, v = a.value, v + x))
break;
// 此处说明竞争下冲突，获取已经超过CPU数量，当前循环失败
else if (counterCells != as || n >= NCPU)
collide = false;
else if (!collide)
collide = true;
// 对 CounterCell 数组进行扩容，保证高并发下的操作
else if (cellsBusy == 0 &&
U.compareAndSwapInt(this, CELLSBUSY, 0, 1)) {
try {
if (counterCells == as) {
CounterCell[] rs = new CounterCell[n << 1];
for (int i = 0; i < n; ++i)
rs[i] = as[i];
counterCells = rs;
}
} finally {
cellsBusy = 0;
}
collide = false;
continue;
}
h = ThreadLocalRandom.advanceProbe(h);
}
// cellsBusy 为0，表示没有线程在做初始化，修改值为1
// CounterCell[] 数组为空，但是不为null，如果不为空会走上一个if，如果为null会走下一个if
else if (cellsBusy == 0 && counterCells == as &&
U.compareAndSwapInt(this, CELLSBUSY, 0, 1)) {
// 此处添加初始化标志
boolean init = false;
try {
// 第一个if已经进行了as复制，所以此处==，不存在竞争情况下基本成立
if (counterCells == as) {
// 初始化CounterCell[]数组，数组长度初始化为2
CounterCell[] rs = new CounterCell[2];
// 将递增的数量，复制给其中之一，
rs[h & 1] = new CounterCell(x);
counterCells = rs;
// 初始化为true
init = true;
}
// 递增完成后，重置值
} finally {
cellsBusy = 0;
}
if (init)
break;
}
// 上面两条都不符合，则直接对baseCount递增，CAS成功后返回
else if (U.compareAndSwapLong(this, BASECOUNT, v = baseCount, v + x))
break;
// 否则进入自旋
}
}* sumCount()：获取 ConcurrentHashMap 元素总数量
final long sumCount() {
CounterCell[] as = counterCells; CounterCell a;
// 如果不存在线程竞争，则 counterCells 为空，则数据存储在 baseCount 中
long sum = baseCount;
// counterCells 不为空，存在线程竞争，则遍历获取总数
if (as != null) {
for (int i = 0; i < as.length; ++i) {
if ((a = as[i]) != null)
sum += a.value;
}
}
return sum;
}2.4，put() 第二阶段（2）：扩容阶段
* 第三阶段扩容扩容阶段分为两部分内容，首先是 addCount() 部分的扩容操作，因为数量递增引起的扩容，算是正式开启扩容阶段；第二部分是 putVal() 时候的分支条件进行辅助扩容，是在已经有线程进行扩容的基础上，如果还存在线程进行数据操作，则进行辅助扩容。扩容部分应该是难度最大的一部分
* addCount(long x, int check)：再探扩容触发条件
private final void addCount(long x, int check) {
CounterCell[] as; long b, s;
... // 中间部分省略，上面已经分析
if (check >= 0) {
Node[] tab, nt; int n, sc;
// 如果已经超过了扩容阈值，达到了扩容条件，则进行扩容
while (s >= (long)(sc = sizeCtl) && (tab = table) != null &&
(n = tab.length) < MAXIMUM_CAPACITY) {
// 生成一个唯一的扩容戳，此处主要进行高低链转换
int rs = resizeStamp(n);
// sizeCtl小于0，说明有其他线程正在进行扩容处理，则此时sc已经经过扩容戳处理
if (sc < 0) {
// 这五个条件有一个为true，说明当前线程不再进行扩容处理
// sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT != rs，如果不存在线程竞争，则此时获取到的值应该相等，不等于说明存在竞争
// sc == rs + 1 ： 扩容已经结束
// sc == rs + MAX_RESIZERS：帮助线程已经最大值
// (nt = nextTable) == null：扩容已经结束
// transferIndex <= 0：表示所有的扩容任务已经被领完，没有剩余的hash桶来给自己线程做扩容
if ((sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs || sc == rs + 1 ||
sc == rs + MAX_RESIZERS || (nt = nextTable) == null ||
transferIndex <= 0)
break;
// 当前线程尝试帮助扩容，如果成功，则进行扩容
// sc + 1：表示扩容线程数量递增
if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1))
transfer(tab, nt);
}
// sizeCtl > 0，直接进行扩容处理
// rs << RESIZE_STAMP_SHIFT：将sc设置为一个负数，+2表示有一个线程在执行扩容任务
// 计算完resizeStamp()再继续看，结果集为 00000000 00000000 10000000 00011011
// 则sc替换后的值应该为 10000000 00011011 00000000 00000010，此时低16位就表示并行线程数，后续表示并行线程数也是对该值加1
else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc,
(rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2))
transfer(tab, null);
s = sumCount();
}
}
} * resizeStamp(int n)：扩容戳详细分析
// n：表长度
static final int resizeStamp(int n) {
// Integer.numberOfLeadingZeros 这个方法是返回无符号整数 n 最高位非 0 位前面的 0 的个数
// 比如 16 的32位是 00000000 00000000 00000000 00010000，则值为27
// RESIZE_STAMP_BITS为16，就是1右移15位，及 00000000 00000000 10000000 00000000
// 最终结果就是 00000000 00000000 10000000 00011011
return Integer.numberOfLeadingZeros(n) | (1 << (RESIZE_STAMP_BITS - 1));
} * transfer(Node
private final void transfer(Node[] tab, Node[] nextTab) {
int n = tab.length, stride;
// 一个CPU一次最少默认处理16个hash位置，即步进
// 大于则计算，小于则取默认16，由一个CPU执行
if ((stride = (NCPU > 1) ? (n >>> 3) / NCPU : n) < MIN_TRANSFER_STRIDE)
stride = MIN_TRANSFER_STRIDE;
// nextTab 表示需要扩容的表，如果为空，则初始化，注意初始化长度为当前长度的二倍
if (nextTab == null) {
try {
@SuppressWarnings("unchecked")
Node[] nt = (Node[])new Node[n << 1];
nextTab = nt;
} catch (Throwable ex) {
sizeCtl = Integer.MAX_VALUE;
return;
}
nextTable = nextTab;
transferIndex = n;
}
// 新数组长度
int nextn = nextTab.length;
// 构建一个 ForwardingNode 节点，表示一个正在迁移的Node，hash值为-1(MOVED)，表示构建一个标示位
ForwardingNode fwd = new ForwardingNode(nextTab);
// 下标推进标识，为true，说明需要推进，为false，说明未处理完成
// 推进表示推进一个 stride 的区间
boolean advance = true;
// 是否已经完成，默认false，即对当前 stride 区间数据迁移完成
boolean finishing = false;
// i表示当前处理的槽位序号，bound表示需要处理的槽位边界
for (int i = 0, bound = 0;;) {
Node f; int fh;
// 该循环通过CAS不断尝试为当前线程分配任务，即一个 stride
// 线程对 stride 区间处理，从尾部到头部倒叙处理
// 如果当前线程已经被分配过 stride 区域，那么通过--i递减后继续进行节点迁移
while (advance) {
int nextIndex, nextBound;
// bound 表示 stride 边界的头节点
// i 表示 stride 边界的尾结点
// 因为是倒叙进行处理，所以在任务处理中， i 肯定大于 bound
if (--i >= bound || finishing)
advance = false;
// transferIndex 表示扩容前数组长度，赋值给 nextIndex
else if ((nextIndex = transferIndex) <= 0) {
i = -1;
advance = false;
}
// 上一个if分支已经给 nextIndex 赋值
// 假如数组长度目前为16，则 nextIndex为16，nextBound为0，当前任务区间为 [0, 15]
else if (U.compareAndSwapInt
(this, TRANSFERINDEX, nextIndex,
nextBound = (nextIndex > stride ?
nextIndex - stride : 0))) {
bound = nextBound;
i = nextIndex - 1;
advance = false;
}
}
// i < 0 说明已经遍历完成，也就是当前线程已经处理完成所有的 stride
if (i < 0 || i >= n || i + n >= nextn) {
int sc;
// 总任务已经完成
if (finishing) {
// 对相关参数进行重置后退出
nextTable = null;
table = nextTab;
// 更新扩容阈值
sizeCtl = (n << 1) - (n >>> 1);
return;
}
// 此处表示总任务没有完成，只是当前线程已经处理完成任务
// 之前有提过多线程同时处理时对 sizeCtl 进行高低位操作后用来计数，执行完成后，对应计数递减
if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc = sizeCtl, sc - 1)) {
// 在扩容时，会对 SIZECTL 进行基本计算赋值 (rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2)
// 所以在对最后一个线程进行处理时，必然存在条件成立
// 如果条件不成立，说明已经全部执行完成，直接退出
if ((sc - 2) != resizeStamp(n) << RESIZE_STAMP_SHIFT)
return;
// 任务执行完成，扩容结束没更新finishing变量
finishing = advance = true;
// 再次循环检查一次
i = n;
}
}
// 如果i位置元素空，则放入刚才初始化的 ForwardingNode 空节点，标识该位置正在迁移
else if ((f = tabAt(tab, i)) == null)
advance = casTabAt(tab, i, null, fwd);
// 表示位置已经完成了迁移
else if ((fh = f.hash) == MOVED)
advance = true;
else {
// 对当前遍历的hash位置进行迁移，加锁处理，这也是JDK8不同于JDK7的一个主要地方，对Node加锁
// 再分析这部分前先对链表迁移的高低链原理进行分析
synchronized (f) {
...
}
}
}
} * 链表迁移的高低链原理分析
// 首先明确一个概念，Map的下标计算是通过 hash & length 获取到的下标，而不是单纯的 hash 表示
// 所以在每一个链表表示的节点上，虽然众多元素下标值冲突，挂载同一个下标点下，但是 hash 值基本上是不一致的
// 在这种情况下，链表迁移的hash链表示，其实是对 hash 值二进制下，与原数组长度进行与操作后进行非0判断
// 该位置数字如果为0，则表示低链，该位置数组如果为1，则表示高链
// 低链说明该链上的元素在当前索引不变
// 高链表示该链上的元素会随着扩容同时增加一个扩容长度的下标，比如扩容前长度为16，下标为4，则扩容后下标为20
// 计算方式如下，比如对于hash值4和20的元素，在16原始长度下
4 = 00000000 00000000 00000000 00000100
15 = 00000000 00000000 00000000 00001111 &
---------------------------------------------
00000000 00000000 00000000 00000100 = 4 (下标为4)
20 = 00000000 00000000 00000000 00010100
15 = 00000000 00000000 00000000 00001111 &
---------------------------------------------
00000000 00000000 00000000 00000100 = 4 (下标为4)
// 如上，在16长度下，对于4和20，下标都为4，此时如果对16进行扩容，扩容到32
4 = 00000000 00000000 00000000 00000100
16 = 00000000 00000000 00000000 00010000 &
---------------------------------------------
00000000 00000000 00000000 00000100 = 4 (下标为4)
20 = 00000000 00000000 00000000 00010100
31 = 00000000 00000000 00000000 00010000 &
---------------------------------------------
00000000 00000000 00000000 00010100 = 20 (下标为20 = 4 + 16)
// 这个例子就是说明，数组库容后，(新数组长度 - 1)最高非0位为倒数第五位，
// 则对4和20的第五位进行判断，4为0，则在低链。20为1，则在高链
// 数据迁移时，低链位置不动，高链位置 = 原位置 + 扩容长度
// 继续往上加冲突索引，到36,52,68...也是遵循这个规则
* 继续分析槽点元素迁移
// 对当前遍历的hash位置进行迁移，加锁处理，这也是JDK8不同于JDK7的一个主要地方，对Node加锁
// 再分析这部分前先对链表迁移的高低链原理进行分析
synchronized (f) {
// 判断当前必然有值
if (tabAt(tab, i) == f) {
Node ln, hn;
// hash 值大于0，说明当前节点表示单元素或者链表
if (fh >= 0) {
// n 为原数组长度，下标位置计算，是 fh & (n - 1)
// 此处直接 & n，为了获取元素 hash 值对应长度1位置的数字是否为0
int runBit = fh & n;
Node lastRun = f;
// 因为 Node 为单向链表，此处直接遍历到尾部，获取到尾部节点
for (Node p = f.next; p != null; p = p.next) {
int b = p.hash & n;
if (b != runBit) {
runBit = b;
lastRun = p;
}
}
// 先把尾部节点进行高低链归属处理
// 为0表示在低链
// 为1表示在高链
if (runBit == 0) {
ln = lastRun; // low
hn = null;
}
else {
hn = lastRun; // high
ln = null;
}
// 从头节点继续遍历到尾部节点，将链表上的所有元素进行归属分类
for (Node p = f; p != lastRun; p = p.next) {
int ph = p.hash; K pk = p.key; V pv = p.val;
if ((ph & n) == 0)
ln = new Node(ph, pk, pv, ln);
else
hn = new Node(ph, pk, pv, hn);
}
// 处理完成后，低链位置不动，高链位置递增一个扩容位置
setTabAt(nextTab, i, ln);
setTabAt(nextTab, i + n, hn);
// 把旧表中的hash桶中放置标识位节点，表示已经被处理
setTabAt(tab, i, fwd);
advance = true;
}
// 表示红黑树，红黑树部分真TM不会，以后会了再补充吧 TODO
else if (f instanceof TreeBin) {
TreeBin t = (TreeBin)f;
TreeNode lo = null, loTail = null;
TreeNode hi = null, hiTail = null;
int lc = 0, hc = 0;
for (Node e = t.first; e != null; e = e.next) {
int h = e.hash;
TreeNode p = new TreeNode
(h, e.key, e.val, null, null);
if ((h & n) == 0) {
if ((p.prev = loTail) == null)
lo = p;
else
loTail.next = p;
loTail = p;
++lc;
}
else {
if ((p.prev = hiTail) == null)
hi = p;
else
hiTail.next = p;
hiTail = p;
++hc;
}
}
ln = (lc <= UNTREEIFY_THRESHOLD) ? untreeify(lo) :
(hc != 0) ? new TreeBin(lo) : t;
hn = (hc <= UNTREEIFY_THRESHOLD) ? untreeify(hi) :
(lc != 0) ? new TreeBin(hi) : t;
setTabAt(nextTab, i, ln);
setTabAt(nextTab, i + n, hn);
setTabAt(tab, i, fwd);
advance = true;
}
}
} 2.5，put() 第三阶段：辅助扩容阶段
* helpTransfer(Node
final Node[] helpTransfer(Node[] tab, Node f) {
Node[] nextTab; int sc;
// f instanceof ForwardingNode 表示当前节点正在扩容，则辅助扩容
if (tab != null && (f instanceof ForwardingNode) &&
(nextTab = ((ForwardingNode)f).nextTable) != null) {
// 生成扩容戳
int rs = resizeStamp(tab.length);
// 说明扩容还为完成，参与扩容
while (nextTab == nextTable && table == tab &&
(sc = sizeCtl) < 0) {
// (sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs：说明扩容已经结束了
// sc == rs + 1：说明扩容已经结束 这两个条件根据扩容戳的高低位转换后判断可以得出
// sc == rs + MAX_RESIZERS：已经到达最大扩容数，不再参与
// transferIndex <= 0：所有hash位置已经分配完毕
if ((sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs || sc == rs + 1 ||
sc == rs + MAX_RESIZERS || transferIndex <= 0)
break;
// 参与扩容，扩容线程数+1，进行库容处理
if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1)) {
transfer(tab, nextTab);
break;
}
}
return nextTab;
}
return table;
} 2.6，put() 第四阶段：链表到红黑树构造阶段
* 继续回到 putVal() 方法中，单掕出来查看链表到红黑树构造的代码，红黑树不分析，因为不会
else {
V oldVal = null;
// 对Node进行加锁，同步处理
synchronized (f) {
// 再次判断下标位置是否是f节点
if (tabAt(tab, i) == f) {
// 头节点值大于0，说明是链表
if (fh >= 0) {
// 记录链表长度
binCount = 1;
// 遍历链表
for (Node e = f;; ++binCount) {
K ek;
// 判断是否是相同hash，hash相同进行value替换
if (e.hash == hash &&
((ek = e.key) == key ||
(ek != null && key.equals(ek)))) {
oldVal = e.val;
if (!onlyIfAbsent)
e.val = value;
break;
}
// 遍历到最后，如果还没有找到存在的值，则添加到链表末尾
Node pred = e;
if ((e = e.next) == null) {
pred.next = new Node(hash, key,
value, null);
break;
}
}
}
// 头节点置小于0，说明是红黑树
else if (f instanceof TreeBin) {
Node p;
binCount = 2;
// 调用树插入新值
if ((p = ((TreeBin)f).putTreeVal(hash, key,
value)) != null) {
oldVal = p.val;
if (!onlyIfAbsent)
p.val = value;
}
}
}
}
// 此处是链表长度大于8，进行红黑树处理
if (binCount != 0) {
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
treeifyBin(tab, i);
if (oldVal != null)
return oldVal;
break;
}
} * treeifyBin(Node
private final void treeifyBin(Node[] tab, int index) {
Node b; int n, sc;
if (tab != null) {
// 判断数组长度是否大于阈值64，如果不大于，首先触发扩容
if ((n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
tryPresize(n << 1);
// 条件全部满足，触发树
else if ((b = tabAt(tab, index)) != null && b.hash >= 0) {
synchronized (b) {
if (tabAt(tab, index) == b) {
TreeNode hd = null, tl = null;
for (Node e = b; e != null; e = e.next) {
TreeNode p =
new TreeNode(e.hash, e.key, e.val,
null, null);
if ((p.prev = tl) == null)
hd = p;
else
tl.next = p;
tl = p;
}
setTabAt(tab, index, new TreeBin(hd));
}
}
}
}
} 3，get()源码分析
* get(Object key)
public V get(Object key) {
Node[] tab; Node e, p; int n, eh; K ek;
// 获取key对应的hash值
int h = spread(key.hashCode());
// 数组不为空，且数组对应元素不为空，继续寻找
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null) {
// hash值匹配，直接返回值
if ((eh = e.hash) == h) {
if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))
return e.val;
}
// hash值为0，表示为红黑数，不分析。。。
else if (eh < 0)
return (p = e.find(h, key)) != null ? p.val : null;
// 走到此处说明为链表。遍历树不对hash，获取值
while ((e = e.next) != null) {
if (e.hash == h &&
((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))))
return e.val;
}
}
return null;
} 4，remove()源码分析
* remove(Object key)
public V remove(Object key) {
// 移除节点，并返回当前节点，不存在返回null
return replaceNode(key, null, null);
}* replaceNode(Object key, V value, Object cv)
final V replaceNode(Object key, V value, Object cv) {
// 获取哈希值
int hash = spread(key.hashCode());
for (Node[] tab = table;;) {
Node f; int n, i, fh;
// 数组为空，或者下标所在元素不存在，直接返回
if (tab == null || (n = tab.length) == 0 ||
(f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null)
break;
// 数组正在扩容中，辅助扩容
else if ((fh = f.hash) == MOVED)
tab = helpTransfer(tab, f);
else {
// 节点元素不为空，判断移除
V oldVal = null;
boolean validated = false;
synchronized (f) {
// 二次校验
if (tabAt(tab, i) == f) {
// 当前下标元素存在，为单个元素或者链表
if (fh >= 0) {
validated = true;
// 遍历当前节点的链表进行处理
for (Node e = f, pred = null;;) {
K ek;
// 此部分表示找到对应的hash值
// 然后移除该节点，将后续节点填充
if (e.hash == hash &&
((ek = e.key) == key ||
(ek != null && key.equals(ek)))) {
V ev = e.val;
if (cv == null || cv == ev ||
(ev != null && cv.equals(ev))) {
oldVal = ev;
if (value != null)
e.val = value;
else if (pred != null)
pred.next = e.next;
else
setTabAt(tab, i, e.next);
}
break;
}
pred = e;
if ((e = e.next) == null)
break;
}
}
// 红黑树，不分析。。。
else if (f instanceof TreeBin) {
validated = true;
TreeBin t = (TreeBin)f;
TreeNode r, p;
if ((r = t.root) != null &&
(p = r.findTreeNode(hash, key, null)) != null) {
V pv = p.val;
if (cv == null || cv == pv ||
(pv != null && cv.equals(pv))) {
oldVal = pv;
if (value != null)
p.val = value;
else if (t.removeTreeNode(p))
setTabAt(tab, i, untreeify(t.first));
}
}
}
}
}
if (validated) {
// 返回oldValue
if (oldVal != null) {
if (value == null)
addCount(-1L, -1);
return oldVal;
}
break;
}
}
}
return null;
}