JDK1.8的ConcurrentHashMap 的put、get 工作原理

JDK1.8的ConcurrentHashMap

• 原文链接：https://www.jianshu.com/p/865c813f2726
• JDK1.7的原理1请戳这里
• 自己的Java并发PDF笔记里的原理讲解也很好

JDK1.8的实现已经摒弃了Segment的概念，而是直接用Node数组+链表+红黑树的数据结构来实现，并发控制使用Synchronized和CAS来操作，整个看起来就像是优化过且线程安全的HashMap，虽然在JDK1.8中还能看到Segment的数据结构，但是已经简化了属性，只是为了兼容旧版本

• put总结：

1. 懒惰初始化。如果没有初始化就先调用initTable（）方法来进行初始化过程
2. 找到对应的桶位置 ，如果没有hash冲突，即该位置为空，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（1.7是头部），一种是红黑树就按照红黑树结构插入，只对该链表的头结点或红黑树的头结点加synchronized，不是整个map，提高并发度。
5. 如果Hash冲突时会形成Node链表，在链表长度超过8，Node数组超过64时会将链表结构转换为红黑树的结构，便于查找，O（logn），break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

public V put(K key, V value) {
        return putVal(key, value, false);
    }

    /**
     * Implementation for put and putIfAbsent
     */

    final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
        if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
        int hash = spread(key.hashCode());  //两次hash，减少hash冲突，可以均匀分布  
        int binCount = 0;
        for (Node[] tab = table; ; ) {  //对这个table进行迭代  
            Node f;
            int n, i, fh;
            //这里就是上面构造方法没有进行初始化，在这里进行判断，为null就调用initTable进行初始化，属于懒汉模式初始化  
            if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
                tab = initTable();
            else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {    //如果i位置没有数据，就直接无锁插入  
                if (casTabAt(tab, i, null,
                        new Node(hash, key, value, null)))
                    break;  // no lock when adding to empty bin  
            } else if ((fh = f.hash) == MOVED)    //如果在进行扩容，则先进行扩容操作  
                tab = helpTransfer(tab, f);
            else {
                V oldVal = null;
                //如果以上条件都不满足，那就要进行加锁操作，也就是存在hash冲突，锁住链表或者红黑树的头结点  
                synchronized (f) {
                    if (tabAt(tab, i) == f) {
                        if (fh >= 0) {  //表示该节点是链表结构  
                            binCount = 1;
                            for (Node e = f; ; ++binCount) {
                                K ek;
                                //这里涉及到相同的key进行put就会覆盖原先的value  
                                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) {  //插入链表尾部  
                                    pred.next = new Node(hash, key,
                                            value, null);
                                    break;
                                }
                            }
                        } else if (f instanceof TreeBin) {    //红黑树结构  
                            Node p;
                            binCount = 2;
                            //红黑树结构旋转插入  
                            if ((p = ((TreeBin) f).putTreeVal(hash, key,
                                    value)) != null) {
                                oldVal = p.val;
                                if (!onlyIfAbsent)
                                    p.val = value;
                            }
                        }
                    }
                }
                if (binCount != 0) {  //如果链表的长度大于8时就会进行红黑树的转换  
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
                        treeifyBin(tab, i);
                    if (oldVal != null)
                        return oldVal;
                    break;
                }
            }
        }

        addCount(1L, binCount);    //统计size，并且检查是否需要扩容  
        return null;
    }

• get总结：get和ContainsKey(Object key)方法底层都是调用  getNode(hash(key), key)方法，本质一样,但ArrayList的Contains(Object o)方法底层调用的是equals()方法

get操作的流程很简单，也很清晰，可以分为三个步骤来描述

全程无锁。get操作可以无锁是由于Node元素的val和指针next是用volatile修饰的，在多线程环境下线程A修改结点的val或者新增节点的时候是对线程B可见的。

1. 计算hash值，定位到该table索引位置，如果是首节点符合就返回
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

public V get(Object key) {
        Node[] tab;
        Node e, p;
        int n, eh;
        K ek;
        int h = spread(key.hashCode());  //计算两次hash  
        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
                (e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null) {    //读取首节点的Node元素  
            if ((eh = e.hash) == h) {  //如果该节点就是首节点就返回  
                if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))
                    return e.val;
            }

            //hash值为负值表示正在扩容，这个时候查的是ForwardingNode的find方法来定位到nextTable来  

            //查找，查找到就返回  

            else if (eh < 0)
                return (p = e.find(h, key)) != null ? p.val : null;
            while ((e = e.next) != null) {    //既不是首节点也不是ForwardingNode，那就往下遍历  
                if (e.hash == h &&
                        ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))))
                    return e.val;
            }
        }
        return null;
    }