ConcurrentHashMap1.8 面试准备总结

可能只适合我个人，毕竟太精简。

1. ConcurrentHashMap

数据结构依然是 数组+链表+红黑树
利用 CAS+Synchronized 来保证并发更新的安全
1.8 的锁粒度是桶，相比于 1.7 的分段锁，锁粒度更小，并发度更高。

2. 计算 size

将所有 size 变化写入一个变量和一个数组。
计算 size 时，将变量和数组中的非空元素都加起来。

全程 CAS

只在数组未初始化且没有线程争用时，将 size 变化写入变量。
否则，只将 size 变化写入数组中任一元素。

数组可扩容，长度上限为机器核心数，长度也恒为 2 的幂。

线程探针哈希

思想：将 size 的变化分散到多个变量中，来降低线程冲突。

源码解析参考：ConcurrentHashMap 1.8 计算 size 的方式

1.7 做法：两次不加锁将所有段的 size 加起来。两次结果不同，加锁后再加一遍。

3. put 操作

不允许 key 或 value 为 null。

如果桶为空，CAS 自旋为桶添加第一个结点。
桶不为空，

• 桶内第一个结点为 ForwardingNode，表示正在扩容，且当前桶已迁移完成，当前线程先去协助扩容，扩容完成后再执行 put 操作。
• 桶内第一个结点不是 ForwardingNode，则对桶内第一个结点加 Synchronized 锁。
• • 给 f 结点加锁后，还要判断 f 是否还为第一个结点，可能在加锁前，f 被 remove 操作移除。
• • 如果桶里是一颗红黑树，那么 f 是一个 TreeBin 对象，而不是红黑树的根结点。因为 put 会使根结点变化。所以对于红黑树锁住的是整个红黑树对象（TreeBin），而不是根结点（TreeNode）。
• • • HashMap 里没有 TreeBin

1.8 的锁粒度为桶，我们要知道 CAS 和 Synchronized 在桶里的作用是什么。

4. get 操作

不阻塞

如果定位到 ForwardingNode，调用其 find 方法到 nextTable 中的对应桶中查找。

如果在桶迁移的过程中，碰到 get 操作呢？
在桶迁移过程中，会把结点复制一份再迁移（链表中 lastRun 及其后面的结点除外），不会改变原桶内链表或红黑树的链接关系。所以只要桶内放的不是 ForwardingNode 结点，都可以正常访问。

引用三张很好的图：
普通链表如何迁移？

红黑树如何迁移？

hash 桶迁移中以及迁移后如何处理存取请求？

5. remove 操作

也 Synchronized 桶内的第一个结点。

6. 数组初始化：initTable 操作

CAS 自旋 + 双重 check
保证数组只被一个线程初始化，且只被初始化一次。

源码逻辑：将 sizeCtl CAS 为 -1 获取初始化权，初始化前再检查一遍数组是否初始化。

小小感悟：这种双重 check 在并发编程中很常见。最近的例子是 put、remove、transfer 等操作，还有一个常见的例子是单例模式的双检锁写法。

7. transfer 扩容操作

sizeCtl 字段
为负数时，表示数组正在初始化或扩容，-1 表示正在初始化，-(1+活跃扩容线程数) 表示正在扩容。
否则，当 table 为 null 时，非零表示数组的初始化长度，为 0 表示使用默认初始长度 16。当 table 非空后，表示扩容阈值。
补充：正在扩容时，sizeCtl 的高 16 位为 table 的长度标记，用于其他线程判断扩容是否结束。低 16 位才是 活跃扩容线程数+1。

每个线程负责迁移的桶的数量与机器的 CPU 核心数有关，至少负责 16 个桶的迁移。

transferIndex

分段迁移，每个线程负责迁移一段连续的桶。

正在迁移时，Synchronized 锁住桶中第一个结点。

每个线程负责的段是等长的。
起始位置为 i = transferIndex-1;
终止位置为 bound = transferIndex-stride;
从右向左迁移 --i >= bound

桶迁移完成后，在桶中放入 ForwardingNode 结点。
最后一个扩容线程负责切换数组 nextTable = null; table = nextTab;

引图，多线程迁移：

文中四张图片都引自：https://blog.csdn.net/zzu_seu/article/details/106698150