【Java多线程】ConcurrentHashMap 的实现原理（二十）

一、概述

　　本章使用的是JDK8。

　　阅读本章请先了解HashMap的实现原理【Java】HashMap 的实现原理

1.1 ConcurrentHashMap跟HashMap，HashTable的对比

1. HashMap不是线程安全：

　　在并发环境下，可能会形成环状链表（扩容时可能造成，具体原因自行百度google或查看源码分析），导致get操作时，cpu空转，所以，在并发环境中使用HashMap是非常危险的，实现原理参考：【Java】HashMap 的实现原理

2. HashTable是线程安全的：

　　HashTable和HashMap的实现原理几乎一样，

　　差别：

1.HashTable不允许key和value为null；
2.HashTable是线程安全的。

　　HashTable线程安全的策略实现代价却比较大，get/put所有相关操作都是synchronized的，这相当于给整个哈希表加了一把大锁，多线程访问时候，只要有一个线程访问或操作该对象，那其他线程只能阻塞

3. ConcurrentHashMap是线程安全的：

　　直接采用transient volatile HashEntry<K,V>[] table保存数据，采用table数组元素作为锁，从而实现了对每一行数据进行加锁，并发控制使用Synchronized和CAS来操作，这样在多线程访问时不同段的数据时，就不会存在锁竞争了，这样便可以有效地提高并发效率。这就是ConcurrentHashMap所采用的"分段锁"思想

二、结构图

　　【Java多线程】ConcurrentHashMap 的实现原理（二十）

　　由图可以看出，ConcurrentHashMap的结构是：数组 + 链表 + 红黑树

三、属性

 1 // node数组最大容量：2^30=1073741824
 2 private static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
 3 
 4 // 默认初始值，必须是2的幕数
 5 private static final int DEFAULT_CAPACITY = 16;
 6 
 7 //数组可能最大值，需要与toArray（）相关方法关联
 8 static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
 9 
10 //并发级别，遗留下来的，为兼容以前的版本
11 private static final int DEFAULT_CONCURRENCY_LEVEL = 16;
12 
13 // 负载因子
14 private static final float LOAD_FACTOR = 0.75f;
15 
16 // 链表转红黑树阀值,> 8 链表转换为红黑树
17 static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
18 
19 // 链表转红黑树时，最小容量阀值, >= 64 链表转换为红黑树
20 static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
21 
22 // 树转链表阀值，小于等于6（tranfer时，lc、hc=0两个计数器分别++记录原bin、新binTreeNode数量，<=UNTREEIFY_THRESHOLD 则untreeify(lo)）
23 static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
24 
25 // 最小转移数组步长
26 private static final int MIN_TRANSFER_STRIDE = 16;
27 
28 // 可以帮助调整大小的最大线程数，计算用到
29 private static int RESIZE_STAMP_BITS = 16;
30 
31 // 2^15-1，help resize的最大线程数
32 private static final int MAX_RESIZERS = (1 << (32 - RESIZE_STAMP_BITS)) - 1;
33 
34 // 32-16=16，sizeCtl中记录size大小的偏移量
35 private static final int RESIZE_STAMP_SHIFT = 32 - RESIZE_STAMP_BITS;
36 
37 // forwarding nodes的hash值
38 static final int MOVED     = -1;
39 // 树根节点的hash值
40 static final int TREEBIN   = -2;
41 // ReservationNode的hash值
42 static final int RESERVED  = -3;
43 
44 // 可用处理器数量
45 static final int NCPU = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
46 
47 // 存放node的数组
48 transient volatile Node<K,V>[] table;
49 
50 // 控制标识符，用来控制table的初始化和扩容的操作，不同的值有不同的含义
51 // 当为0时：代表当时的table还没有被初始化
52 // 当为负数时：-1代表正在初始化
53 // 小于-1时：实际值为resizeStamp(n) <<RESIZE_STAMP_SHIFT+2, 表明table正在扩容
54 // 当为正数时：未初始化，代表初始化大小，初始化完成后, 代表下一次扩容时的阀值, 默认为0.75*n
55 private transient volatile int sizeCtl;
56 
57 // table容量从n扩到2n时, 是从索引n->1的元素开始迁移, transferIndex代表当前已经迁移的元素下标
58 private transient volatile int transferIndex;
59 
60 // 基础计算器值
61 private transient volatile long baseCount;
62 
63 // 计数器数组
64 private transient volatile CounterCell[] counterCells;

　　下面是 Node 类的定义，它是 HashMap 中的一个静态内部类，哈希表中的每一个节点都是 Node 类型。我们可以看到，Node 类中有 4 个属性，其中除了 key 和 value 之外，还有 hash 和 next 两个属性。hash 是用来存储 key 的哈希值的，next 是在构建链表时用来指向后继节点的

 1 static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
 2     final int hash;
 3     final K key;
 4     volatile V val;
 5     volatile Node<K,V> next;
 6 
 7     Node(int hash, K key, V val, Node<K,V> next) {
 8         this.hash = hash;
 9         this.key = key;
10         this.val = val;
11         this.next = next;
12     }
13 
14     ......
15 }

　　树节点TreeNode

 1 static final class TreeNode<K,V> extends Node<K,V> {
 2     TreeNode<K,V> parent;  // red-black tree links
 3     TreeNode<K,V> left;
 4     TreeNode<K,V> right;
 5     TreeNode<K,V> prev;    // needed to unlink next upon deletion
 6     boolean red;
 7 
 8 
 9     ......
10 }

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