ConcurrentHashMap实现原理

ConcurrentHashMap实现原理

1.HashMap实现原理
 HashMap是线程不安全的。HashMap是由数组+链表实现的，当无冲突发生时是在数组中存放，当发生hash冲突时在该位置下面挂链表，链表越长代表冲突越多。在多线程情况下，在put的时候，插入的元素超过了容量就会触发扩容操作，即rehash，此时将该hash表中的元素重新hash到另一个更大容量的hash表，在多线程环境下，存在同时其他元素也在进行put操作，如果hash值相同，可能在同一链表下出现闭环，从而导致出现死循环。

2.HashTable实现原理
 HashTable是线程安全的。它在所有涉及多线程操作的代码块上都加了synchronized关键字来锁住整个table，但线程安全的代价是效率很低。

3.ConcurrentHashMap（JDK1.7的实现）
 利用锁分离的技术。由一个Segment数组和多个HashEntry组成。Segment数组的意义就是将一个大的table分成很多小table来进行加锁，每一个Segment元素存储的是HashEntry数组+链表。
(1)初始化
 它的初始化是通过位与运算来初始化Segment的大小，用ssize来表示。
(2)put操作
 ConcurrentHashMap的插入需要进行两次定位，第一次是找Segment，第二次找HashEntry。Segment继承了ReentrantLock，它每次找HashEntry使用重入锁的tryLock（），如果获取锁成功则直接插入相应位置，若是失败会以自旋方式继续尝试，直到超过指定次数，被挂起。
(3)get操作
 还是两次。
(4)size操作（因为是并发的，所以很难直接确定大小，有两种方案）
 1.使用不加锁的模式去尝试多次计算ConcurrentHashMap的size，最多三次，比较前后两次计算的结果，结果一致就认为没有元素插入，当前计算结果为正确。
 2.如果第一种方案得到的计算结果不一致，就给每个Segment加上锁，然后计算size。

4.ConcurrentHashMap（JDK1.8的实现）
 摒弃了Segment的概念，直接用Node数组+链表+红黑树实现，并发控制使用synchronized和CAS操作。

(1)数据结构
 Node：ConcurrentHashMap存储结构的基本单元，继承于HashMap中的Entry，用于存储数据。就是一个链表，只允许查找，不允许修改。
 TreeNode：继承于Node，数据结构换成了二叉树，用于红黑树中存储数据，当链表的结点数大于8时会转换成红黑树结构。
 TreeBin：封装TreeNode的容器，提供转换红黑树的一些条件和锁的控制。
(2)put操作
 1.如果没有初始化就先调用initTable()方法来进行初始化过程
 2.如果没有hash冲突就直接CAS插入。
 3.如果还在进行扩容操作就先进行扩容。
 4.如果存在hash冲突，就加锁来保证线程安全，这里有两种情况，一种是链表形式就直接遍历到尾端插入，一种是红黑树就按照红黑树格式插入。
 5.如果该链表的数量大于阈值8，就要先转换成红黑树结构，break后再一次进入循环。
 6.如果添加成功就调用addCount()方法统计size，并且检查是否需要扩容。
(3)get操作
 1.计算hash值，定位到该table索引位置，如果是首结点符号就返回。
 2.如果遇到扩容的时候，会调用标志正在扩容节点ForwardingNode的find方法，查找该节点，匹配就返回。
 3.以上都不符合的话，就往下遍历节点，匹配就返回，否则最后就返回null。