concurrenthashmap你經(jīng)常用，但你可能并不了解

ConcurrentHashMap 和 HashMap 思路是差不多的，但是因為它支持并發(fā)操作，所以要復(fù)雜一些。

整個 ConcurrentHashMap 由一個個 Segment 組成，Segment 代表”部分“或”一段“的意思，所以很多地方都會將其描述為分段鎖。注意，行文中，我很多地方用了“槽”來代表一個 segment。

簡單理解就是，ConcurrentHashMap 是一個 Segment 數(shù)組，Segment 通過繼承 ReentrantLock 來進行加鎖，所以每次需要加鎖的操作鎖住的是一個 segment，這樣只要保證每個 Segment 是線程安全的，也就實現(xiàn)了全局的線程安全。

concurrencyLevel：并行級別、并發(fā)數(shù)、Segment 數(shù)，怎么翻譯不重要，理解它。默認是 16，也就是說 ConcurrentHashMap 有 16 個 Segments，所以理論上，這個時候，最多可以同時支持 16 個線程并發(fā)寫，只要它們的操作分別分布在不同的 Segment 上。這個值可以在初始化的時候設(shè)置為其他值，但是一旦初始化以后，它是不可以擴容的。

再具體到每個 Segment 內(nèi)部，其實每個 Segment 很像之前介紹的 HashMap，不過它要保證線程安全，所以處理起來要麻煩些。

初始化

initialCapacity：初始容量，這個值指的是整個 ConcurrentHashMap 的初始容量，實際操作的時候需要平均分給每個 Segment。

loadFactor：負載因子，之前我們說了，Segment 數(shù)組不可以擴容，所以這個負載因子是給每個 Segment 內(nèi)部使用的。

初始化完成，我們得到了一個 Segment 數(shù)組。

我們就當(dāng)是用 new ConcurrentHashMap() 無參構(gòu)造函數(shù)進行初始化的，那么初始化完成后：

• Segment 數(shù)組長度為 16，不可以擴容
• Segment[i] 的默認大小為 2，負載因子是 0.75，得出初始閾值為 1.5，也就是以后插入第一個元素不會觸發(fā)擴容，插入第二個會進行第一次擴容
• 這里初始化了 segment[0]，其他位置還是 null，至于為什么要初始化 segment[0]，后面的代碼會介紹
• 當(dāng)前 segmentShift 的值為 32 – 4 = 28，segmentMask 為 16 – 1 = 15，姑且把它們簡單翻譯為移位數(shù)和掩碼，這兩個值馬上就會用到

put 過程分析

我們先看 put 的主流程，對于其中的一些關(guān)鍵細節(jié)操作，后面會進行詳細介紹。

第一層皮很簡單，根據(jù) hash 值很快就能找到相應(yīng)的 Segment，之后就是 Segment 內(nèi)部的 put 操作了。

Segment 內(nèi)部是由 數(shù)組+鏈表 組成的。

整體流程還是比較簡單的，由于有獨占鎖的保護，所以 segment 內(nèi)部的操作并不復(fù)雜。至于這里面的并發(fā)問題，我們稍后再進行介紹。

到這里 put 操作就結(jié)束了，接下來，我們說一說其中幾步關(guān)鍵的操作。

初始化槽: ensureSegment

ConcurrentHashMap 初始化的時候會初始化第一個槽 segment[0]，對于其他槽來說，在插入第一個值的時候進行初始化。

這里需要考慮并發(fā)，因為很可能會有多個線程同時進來初始化同一個槽 segment[k]，不過只要有一個成功了就可以。

總的來說，ensureSegment(int k) 比較簡單，對于并發(fā)操作使用 CAS 進行控制。

我沒搞懂這里為什么要搞一個 while 循環(huán)，CAS 失敗不就代表有其他線程成功了嗎，為什么要再進行判斷？

獲取寫入鎖: scanAndLockForPut

前面我們看到，在往某個 segment 中 put 的時候，首先會調(diào)用 node = tryLock() ? null : scanAndLockForPut(key, hash, value)，也就是說先進行一次 tryLock() 快速獲取該 segment 的獨占鎖，如果失敗，那么進入到 scanAndLockForPut 這個方法來獲取鎖。

下面我們來具體分析這個方法中是怎么控制加鎖的。

這個方法有兩個出口，一個是 tryLock() 成功了，循環(huán)終止，另一個就是重試次數(shù)超過了 MAX_SCAN_RETRIES，進到 lock() 方法，此方法會阻塞等待，直到成功拿到獨占鎖。

這個方法就是看似復(fù)雜，但是其實就是做了一件事，那就是獲取該 segment 的獨占鎖，如果需要的話順便實例化了一下 node。

擴容: rehash

重復(fù)一下，segment 數(shù)組不能擴容，擴容是 segment 數(shù)組某個位置內(nèi)部的數(shù)組 HashEntry\[] 進行擴容，擴容后，容量為原來的 2 倍。

首先，我們要回顧一下觸發(fā)擴容的地方，put 的時候，如果判斷該值的插入會導(dǎo)致該 segment 的元素個數(shù)超過閾值，那么先進行擴容，再插值，讀者這個時候可以回去 put 方法看一眼。

該方法不需要考慮并發(fā)，因為到這里的時候，是持有該 segment 的獨占鎖的。

這里的擴容比之前的 HashMap 要復(fù)雜一些，代碼難懂一點。上面有兩個挨著的 for 循環(huán)，第一個 for 有什么用呢？

仔細一看發(fā)現(xiàn)，如果沒有第一個 for 循環(huán)，也是可以工作的，但是，這個 for 循環(huán)下來，如果 lastRun 的后面還有比較多的節(jié)點，那么這次就是值得的。因為我們只需要克隆 lastRun 前面的節(jié)點，后面的一串節(jié)點跟著 lastRun 走就是了，不需要做任何操作。

我覺得 Doug Lea 的這個想法也是挺有意思的，不過比較壞的情況就是每次 lastRun 都是鏈表的最后一個元素或者很靠后的元素，那么這次遍歷就有點浪費了。不過 Doug Lea 也說了，根據(jù)統(tǒng)計，如果使用默認的閾值，大約只有 1/6 的節(jié)點需要克隆。

get 過程分析

相對于 put 來說，get 真的不要太簡單。

1. 計算 hash 值，找到 segment 數(shù)組中的具體位置，或我們前面用的“槽”
2. 槽中也是一個數(shù)組，根據(jù) hash 找到數(shù)組中具體的位置
3. 到這里是鏈表了，順著鏈表進行查找即可

并發(fā)問題分析

現(xiàn)在我們已經(jīng)說完了 put 過程和 get 過程，我們可以看到 get 過程中是沒有加鎖的，那自然我們就需要去考慮并發(fā)問題。

添加節(jié)點的操作 put 和刪除節(jié)點的操作 remove 都是要加 segment 上的獨占鎖的，所以它們之間自然不會有問題，我們需要考慮的問題就是 get 的時候在同一個 segment 中發(fā)生了 put 或 remove 操作。

1. put 操作的線程安全性。
   • 初始化槽，這個我們之前就說過了，使用了 CAS 來初始化 Segment 中的數(shù)組。
   • 添加節(jié)點到鏈表的操作是插入到表頭的，所以，如果這個時候 get 操作在鏈表遍歷的過程已經(jīng)到了中間，是不會影響的。當(dāng)然，另一個并發(fā)問題就是 get 操作在 put 之后，需要保證剛剛插入表頭的節(jié)點被讀取，這個依賴于 setEntryAt 方法中使用的 UNSAFE.putOrderedObject。
   • 擴容。擴容是新創(chuàng)建了數(shù)組，然后進行遷移數(shù)據(jù)，最后面將 newTable 設(shè)置給屬性 table。所以，如果 get 操作此時也在進行，那么也沒關(guān)系，如果 get 先行，那么就是在舊的 table 上做查詢操作；而 put 先行，那么 put 操作的可見性保證就是 table 使用了 volatile 關(guān)鍵字。
2. remove 操作的線程安全性。

   remove 操作我們沒有分析源碼，所以這里說的讀者感興趣的話還是需要到源碼中去求實一下的。

   get 操作需要遍歷鏈表，但是 remove 操作會”破壞”鏈表。

   如果 remove 破壞的節(jié)點 get 操作已經(jīng)過去了，那么這里不存在任何問題。

   如果 remove 先破壞了一個節(jié)點，分兩種情況考慮。 1、如果此節(jié)點是頭結(jié)點，那么需要將頭結(jié)點的 next 設(shè)置為數(shù)組該位置的元素，table 雖然使用了 volatile 修飾，但是 volatile 并不能提供數(shù)組內(nèi)部操作的可見性保證，所以源碼中使用了 UNSAFE 來操作數(shù)組，請看方法 setEntryAt。2、如果要刪除的節(jié)點不是頭結(jié)點，它會將要刪除節(jié)點的后繼節(jié)點接到前驅(qū)節(jié)點中，這里的并發(fā)保證就是 next 屬性是 volatile 的。

網(wǎng)站題目：concurrenthashmap你經(jīng)常用，但你可能并不了解
文章源于：http://www.bm7419.com/news11/105161.html

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