ConcurrentHashMap是JDK1.5并发包中提供的线程安全的HashMap的实现,其包结构关系如下:
public class ConcurrentHashMap<K, V> extends AbstractMap<K, V> implements ConcurrentMap<K, V>, Serializable { } public abstract class AbstractMap<K,V> implements Map<K,V> { } public interface ConcurrentMap<K, V> extends Map<K, V> { }
ConcurrentHashMap实现并发是通过“锁分离”技术来实现的,也就是将锁拆分,不同的元素拥有不同的锁,ConcurrentHashMap内部使用段(Segment)来表示这些不同的部分,其中每一个片段是一个类似于HashMap的结构,它有一个HashEntry的数组,数组的每一项又是一个链表,通过HashEntry的next引用串联起来,它们有自己的锁。
final Segment<K,V>[] segments;
Segment继承自ReentrantLock,在创建Segment对象时,其所做的动作就是创建一个指定大小为cap的HashEntry对象数组,并基于数组的大小及loadFactor计算threshold的值:threshold = (int)(newTable.length * loadFactor);
Segment(int initialCapacity, float lf) { loadFactor = lf; setTable(HashEntry.<K,V>newArray(initialCapacity)); } void setTable(HashEntry<K,V>[] newTable) { threshold = (int)(newTable.length * loadFactor); table = newTable; }
构造函数
public ConcurrentHashMap(int initialCapacity, float loadFactor, int concurrencyLevel)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。 参数: initialCapacity - 初始容量。该实现执行内部大小调整,以容纳这些元素。 loadFactor - 加载因子阈值,用来控制重新调整大小。在每 bin 中的平均元素数大于此阈值时,可能要重新调整大小。 concurrencyLevel - 当前更新线程的估计数。该实现将执行内部大小调整,以尽量容纳这些线程。 抛出: IllegalArgumentException - 如果初始容量为负,或者加载因子或 concurrencyLevel 为非正。 public ConcurrentHashMap(int initialCapacity, float loadFactor, int concurrencyLevel) { if (!(loadFactor > 0) || initialCapacity < 0 || concurrencyLevel <= 0) throw new IllegalArgumentException(); if (concurrencyLevel > MAX_SEGMENTS) concurrencyLevel = MAX_SEGMENTS; // Find power-of-two sizes best matching arguments int sshift = 0; int ssize = 1; while (ssize < concurrencyLevel) { ++sshift; ssize <<= 1; } segmentShift = 32 - sshift; segmentMask = ssize - 1; this.segments = Segment.newArray(ssize); if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; int c = initialCapacity / ssize; if (c * ssize < initialCapacity) ++c; int cap = 1; while (cap < c) cap <<= 1; for (int i = 0; i < this.segments.length; ++i) this.segments[i] = new Segment<K,V>(cap, loadFactor); }
基于如下方法计算ssize的大小:
int sshift = 0; int ssize = 1; while (ssize < concurrencyLevel) { ++sshift; ssize <<= 1; }
默认情况下构造函数的三个值分别为16、0.75f、16。在concurrencyLevel为16的情况下,计算出的ssize值为16,并使用该值作为参数传入Senment的newArray方法创建一个大小为16的Segment对象数组,也就是默认情况下ConcurrentHashMap是用了16个类似HashMap 的结构。
采用下面方法计算cap变量的值:
int c = initialCapacity / ssize; if (c * ssize < initialCapacity) ++c; int cap = 1; while (cap < c) cap <<= 1;
算出的cap为1。
put(Object key,Object value)方法
ConcurrentHashMap的put方法并没有加synchronized来保证线程同步,而是在Segment中实现同步,如下:
public V put(K key, V value) { if (value == null) throw new NullPointerException(); int hash = hash(key.hashCode()); return segmentFor(hash).put(key, hash, value, false); } //下面为Segment的put方法 V put(K key, int hash, V value, boolean onlyIfAbsent) { lock(); try { int c = count; if (c++ > threshold) // ensure capacity rehash(); HashEntry<K,V>[] tab = table; int index = hash & (tab.length - 1); HashEntry<K,V> first = tab[index]; HashEntry<K,V> e = first; while (e != null && (e.hash != hash || !key.equals(e.key))) e = e.next; V oldValue; if (e != null) { oldValue = e.value; if (!onlyIfAbsent) e.value = value; } else { oldValue = null; ++modCount; tab[index] = new HashEntry<K,V>(key, hash, first, value); count = c; // write-volatile } return oldValue; } finally { unlock(); } }ConcurrentHashMap不能保存value为null值,否则抛出NullPointerException,key也不能为空:
int hash = hash(key.hashCode());在HashMap中,null可以作为key也可以为value。和HashMap一样,首先对key.hashCode()进行hash操作,得到key的hash值,然后再根据hash值得到其对应数组的Segment对象,接着调用Segment对象的put方法来完成操作。当调用Segment对象的put方法时,先进行lock操作,接着判断当前存储的对象个数加1后是否大于threshold,如大于则将当前的HashEntry对象数组大小扩大两倍,并将之前存储的对象重新hash转移到新的对象数组中。接下去的动作和HashMap基本一样,通过对hash值和对象数组大小减1进行按位与操作后,找到当前key要存放的数组的位置,接着寻找对应位置上的HashEntry对象链表是否有key、hash值和当前key相同的,如果有则覆盖其value,如果没有则创建一个新的HashEntry对象,赋值给对应位置的数组对象,构成链表。