ConcurrentHashMap核心源码（JDK1.8）

一、ConcurrentHashMap的前置知识扫盲

ConcurrentHashMap的存储结构？

数组 + 链表 + 红黑树

二、ConcurrentHashMap的DCL操作

HashMap线程不安全，在并发情况下，或者多个线程同时操作时，肯定要使用ConcurrentHashMap

无论是HashMap还是ConcurrentHashMap，在new好之后，数组并不是直接初始化好的。

如果是这种懒汉式的初始化方式，ConcurrentHashMap需要保证初始化数组时，是线程安全的。

看源码之前，先掌握一个ConcurrentHashMap的核心属性，这个属性是控制扩容和初始化数组的核心属性。

private transient volatile int sizeCtl;

sizeCtl是控制数组的初始化和扩容的。

sizeCtl == -1： 代表数组正在初始化。

sizeCtl < -1： 代表数组正在扩容

sizeCtl == 0： ConcurrentHashMap刚刚new好，并且没指定数组的初始化长度（默认长度为16）

sizeCtl > 0：

• ConcurrentHashMap刚刚new好，指定了数组的初始化长度，长度就是sizeCtl
• ConcurrentHashMap已经在使用了，sizeCtl代表扩容的阈值（数组长度 * 0.75）

了解sizeCtl之后，开始看初始化数组的源码。

// ConcurrentHashMap初始化数组的方法
private final Node[] initTable() {
    // 声明了两个属性，tab，sc
    Node[] tab; int sc;
    // 判断数组初始化了咩？ Check
    while ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
        // 没初始化，准备初始化操作！
        // 给sc赋值，并且判断数组是否正在初始化。
        if ((sc = sizeCtl) < 0)
            // 让出CPU的时间片，等待其他更多的机会完成初始化数组操作。
            Thread.yield(); 
        // 没线程初始化，我来初始化。
        // 基于CAS的方式，将sizeCtl从原值改为-1，如果成功了，代表当前线程可以做初始化操作了。
        else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {  // Lock
            // 当前线程要开始初始化数组了。
            try {
                // 再次判断数组初始化了咩？  Check
                if ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
                    // 数组没初始化。
                    // 获取数组的初始化长度。如果sizeCtl > 0 ，就用sizeCtl作为初始化的长度，否则使用默认的16
                    int n = (sc > 0) ? sc : DEFAULT_CAPACITY;
                    // 创建数组！
                    Node[] nt = new Node[n];
                    // 将初始化好的数组，赋值给成员变量
                    table = tab = nt;
                    // 算出下次扩容的阈值
                    sc = n - (n >>> 2);
                }
            } finally {
                // 将下次扩容的阈值赋值给sizeCtl，初始化完毕。
                sizeCtl = sc;
            }
            break;
        }
    }
    return tab;
}

三、ConcurrentHashMap的散列算法

ConcurrentHashMap基于key的一系列运算，最种得出元素要放到数组的哪个索引位置上。

暂时就认为ConcurrentHashMap是将key调用了hashCode得到了一个int类型的数值。

其实计算索引位置就是将数组长度 - 1和key的hashCode值做&运算得出的结果就是索引位置。

// 先优化一下代码，看的更清楚
((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) 
// 代表拿到数组的某个索引位置的元素，f，如果为null准备插入数据
(f = table[(n - 1) & hash] == null)
// 这行就是在计算索引位置
(n - 1) & hash
n：数组的长度
hash：key.hashCode();
// n == 16
// hash：随便的一个int数值
00000000 00000000 00000000 00010000  ：n        16
00000000 00000000 00000000 00001111  ：n - 1    15
&
01010101 01010101 00110110 00101010  ：hash
=
00000000 00000000 00000000 00001010  ：index    10 
如果ConcurrentHashMap的数组长度，允许17的话，会出现什么情况
00000000 00000000 00000000 00010001  ：n        17
00000000 00000000 00000000 00010000  ：n - 1    16
&
01010101 01010101 00110110 00111010  ：hash
=
00000000 00000000 00000000 000 0000  ：index    10

散列算法

目的就是让key的HashCode值的高低16位进行亦或运算，再和数组长度 - 1做&运算，最终得到元素存储的位置。

00000000 00000000 00000000 00010000  ：n        16 
00000000 00000000 00000000 00001111  ：n - 1    15

01010101 01010101 00110110 00101010  ：name.hashCode();
00000001 01000001 00000110 00101010  ：age.hashCode();

散列算法就对这种情况做了优化！
散列算法：
(h ^ (h >>> 16)) & HASH_BITS;
优化一波
h ^ (h >>> 16)

01010101 01010101 00110110 00101010  ：name.hashCode()
^
00000000 00000000 01010101 01010101  ：name.hashCode() >>> 16
=
00000000 00000000 00000000 00001111  : 最终name的hashCode


00000001 01000001 00000110 00101010  ：age.hashCode();
^
00000000 00000000 00000001 01000001  ：age.hashCode() >>> 16
=
00000000 00000000 00000000 00001011  ： 最终age的hashCode

为什么spread会让hash值和HASH_BITS做&运算

发现spread方法里，得到hash值之后，还做了一波&运算。
hash & HASH_BITS;
HASH_BITS = 01111111111111111111111111111111
hash值和HASH_BITS做&运算后，得到的结果除了最高位是0之外，其他位数没变化。
目的就是确保hash值算出来的一定是一个正数，因为负数有特殊含义。
static final int MOVED     = -1;  如果存在数组中的数据的hash为-1，代表当前数组正在扩容！
static final int TREEBIN   = -2;  如果存在数组中的数据的hash为-2，代表当前索引位置下挂的是红黑树！
static final int RESERVED  = -3;  如果存在数组中的数据的hash为-3，当前当前数组的索引位置已经被占用了（value还没计算出来）

四、ConcurrentHashMap的并发安全（写数据）

首先确认ConcurrentHashMap在并发执行写操作时，线程是安全的。

同时还需要保证效率要高。

在JDK1.7中的实现是采用Segement分段锁的形式实现的。

Segement锁的本质就是ReentrantLock，一个Segement会管理多个索引位置，当操作指定索引位置前，需要先去或者这个索引位置对应的锁，再来执行操作。 这种方式在数组长度变长之后，效率也就一般般。

在JDK1.8中，采用的方式，可以实现为每一个索引位置都是一把独立的锁，不存在一个锁管理多个索引位置的情况，是一对一的方式。

代码实现的效果。 WCWCWCWCWCWCWCWCWCWCWCWCWC！！！！！

for (Node[] tab = table;;) {
    // 省略部分代码 
    else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
        // 进到这，说明当前数组的索引位置，没数据，数据要放到数组上
        // 当数据要放到数组上时，基于CAS的形式存放。
        if (casTabAt(tab, i, null, new Node(hash, key, value, null)))
            break;          
    }
    else {
        // 进到这，说明数组的索引位置有数据，数据要挂到链表或者红黑树上
        V oldVal = null;
        // f就是索引位置上的Node对象
        // 当操作时，根据数组上的f进行加锁，实现锁的细粒度化~
        synchronized (f) {
            // 省略部分代码 
        }
    }
}

五、ConcurrentHashMap的计数器和size方法

计数器：每次ConcurrentHashMap在写入一个数据后，需要+1，删除一个数据后，需要-1

size方法：帮你返回当前ConcurrentHashMap中的元素个数。

计数器需要保证线程安全的同时，实现++操作，一般就采用CAS，Java中在JUC好下，恰巧提供了Atmoic的原子类，内部已经帮你实现的了，基于CAS的++操作。

发现AtmoicInteger这种提供了increment操作的原子类中，是基于do-while + CAS实现的，如果并发比较大的话，会造成不停的CAS，导致浪费CPU资源。

所以ConcurrentHashMap并没有使用AtmoicInteger的方式去实现++的线程安全，是采用了一个LongAdder的实现机制。LongAdder有一个类似分段锁的概念。

ConcurrentHashMap并没有直接调用LongAdder，而是再次实现了LongAdder的核心代码。

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size方法，就是将BaseCount和CounterCell数据的值进行一波统计，最终得出结果。

size中的核心就是sumCount方法，在内部就是拿到baseCount，然后遍历CounterCell[]，将内部的每一个value做 +=，最终计算出元素个数。

final long sumCount() {
    CounterCell[] as = counterCells; CounterCell a;
    long sum = baseCount;
    if (as != null) {
        for (int i = 0; i < as.length; ++i) {
            if ((a = as[i]) != null)
                sum += a.value;
        }
    }
    return sum;
}