JDK1.7
ConcurrentHashMap的锁分段技术:假如容器里有多把锁，每一把锁用于锁容器其中一部分数据，那么当多线程访问容器里不同数据段的数据时，线程间就不会存在锁竞争，从而可以有效的提高并发访问效率，这就是ConcurrentHashMap所使用的锁分段技术。首先将数据分成一段一段的存储，然后给每一段数据分配一把锁，当一个线程占用锁访问其中一个段数据的时候，其它段的数据也能被其它线程访问。
ConcurrentHashMap不允许Key或者Value的值为null.
ConcurrentHashMap.png
Segment类
Put
将一个HashEntry放入到该Segment中，使用自旋机制，减少了加锁的可能性。
final V put(K key, int hash, V value, boolean onlyIfAbsent) {
HashEntry<K,V> node = tryLock() ? null :
scanAndLockForPut(key, hash, value); //如果加锁失败，则调用该方法
V oldValue;
try {
HashEntry<K,V>[] tab = table;
int index = (tab.length - 1) & hash; //同hashMap相同的哈希定位方式
HashEntry<K,V> first = entryAt(tab, index);
for (HashEntry<K,V> e = first;;) {
if (e != null) {
//若不为null，则持续查找，知道找到key和hash值相同的节点，将其value更新
K k;
if ((k = e.key) == key ||
(e.hash == hash && key.equals(k))) {
oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent) {
e.value = value;
++modCount;
}
break;
}
e = e.next;
}
else { //若头结点为null
if (node != null) //在遍历key对应节点链时没有找到相应的节点
node.setNext(first);
//当前修改并不需要让其他线程知道，在锁退出时修改自然会
//更新到内存中,可提升性能
else
node = new HashEntry<K,V>(hash, key, value, first);
int c = count + 1;
if (c > threshold && tab.length < MAXIMUM_CAPACITY)
rehash(node); //如果超过阈值，则进行rehash操作
else
setEntryAt(tab, index, node);
++modCount;
count = c;
oldValue = null;
break;
}
}
} finally {
unlock();
}
return oldValue;
}
ScanAndLockForPut
该操作持续查找key对应的节点链中是否已存在该节点，如果没有找到已存在的节点，则预创建一个新的节点，并且尝试n次，直到尝试次数超出限制，才真正进入等待状态，即所谓的 ** 自旋等待 **。
private HashEntry<K,V> scanAndLockForPut(K key, int hash, V value) {
//根据hash值找到segment中的HashEntry节点
HashEntry<K,V> first = entryForHash(this, hash); //首先获取头结点
HashEntry<K,V> e = first;
HashEntry<K,V> node = null;
int retries = -1; // negative while locating node
while (!tryLock()) { //持续遍历该哈希链
HashEntry<K,V> f; // to recheck first below
if (retries < 0) {
if (e == null) {
if (node == null) //若不存在要插入的节点，则创建一个新的节点
node = new HashEntry<K,V>(hash, key, value, null);
retries = 0;
}
else if (key.equals(e.key))
retries = 0;
else
e = e.next;
}
else if (++retries > MAX_SCAN_RETRIES) {
//尝试次数超出限制，则进行自旋等待
lock();
break;
}
/*当在自旋过程中发现节点链的链头发生了变化，则更新节点链的链头，
并重置retries值为－1，重新为尝试获取锁而自旋遍历*/
else if ((retries & 1) == 0 &&
(f = entryForHash(this, hash)) != first) {
e = first = f; // re-traverse if entry changed
retries = -1;
}
}
return node;
}
remove
用于移除某个节点，返回移除的节点值。
final V remove(Object key, int hash, Object value) {
if (!tryLock())
scanAndLock(key, hash);
V oldValue = null;
try {
HashEntry<K,V>[] tab = table;
int index = (tab.length - 1) & hash;
//根据这种哈希定位方式来定位对应的HashEntry
HashEntry<K,V> e = entryAt(tab, index);
HashEntry<K,V> pred = null;
while (e != null) {
K k;
HashEntry<K,V> next = e.next;
if ((k = e.key) == key ||
(e.hash == hash && key.equals(k))) {
V v = e.value;
if (value == null || value == v || value.equals(v)) {
if (pred == null)
setEntryAt(tab, index, next);
else
pred.setNext(next);
++modCount;
--count;
oldValue = v;
}
break;
}
pred = e;
e = next;
}
} finally {
unlock();
}
return oldValue;
}
clear
要首先对整个segment加锁，然后将每一个HashEntry都设置为null.
final void clear() {
lock();
try {
HashEntry<K,V>[] tab = table;
for (int i = 0; i < tab.length ; i++)
setEntryAt(tab, i, null);
++modCount;
count = 0;
} finally {
unlock();
}
}
put
public V put(K key, V value) {
Segment<K,V> s;
if (value == null)
throw new NullPointerException();
int hash = hash(key); //求出key的hash值
int j = (hash >>> segmentShift) & segmentMask;
//求出key在segments数组中的哪一个segment中
if ((s = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObject
(segments, (j << SSHIFT) + SBASE)) == null)
s = ensureSegment(j); //使用unsafe操作取出该segment
return s.put(key, hash, value, false); //向segment中put元素
}
get
public V get(Object key) {
Segment<K,V> s;
HashEntry<K,V>[] tab;
int h = hash(key); //找出对应的segment的位置
long u = (((h >>> segmentShift) & segmentMask) << SSHIFT) + SBASE;
if ((s = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObjectVolatile(segments, u)) != null &&
(tab = s.table) != null) { //使用Unsafe获取对应的Segmen
for (HashEntry<K,V> e = (HashEntry<K,V>) UNSAFE.getObjectVolatile
(tab, ((long)(((tab.length - 1) & h)) << TSHIFT) + TBASE);
e != null; e = e.next) { //找出对应的HashEntry，从头开始遍历
K k;
if ((k = e.key) == key || (e.hash == h && key.equals(k)))
return e.value;
}
}
return null;
}
Size
求出所有的HashEntry的数目， ** 先尝试的遍历查找、计算2遍 ** ,如果两遍遍历过程中整个Map没有发生修改(即两次所有segment实例中modCount值的和一致)，则可以认为整个查找、计算过程中Map没有发生改变，否则需要对所有segment实例进行加锁、计算、解锁、然后返回。
public int size() {
final Segment<K,V>[] segments = this.segments;
int size;
boolean overflow; // true if size overflows 32 bits
long sum; // sum of modCounts
long last = 0L; // previous sum
int retries = -1; // first iteration isn't retry
try {
for (;;) {
if (retries++ == RETRIES_BEFORE_LOCK) {
for (int j = 0; j < segments.length; ++j)
ensureSegment(j).lock(); // force creation
}
sum = 0L;
size = 0;
overflow = false;
for (int j = 0; j < segments.length; ++j) {
Segment<K,V> seg = segmentAt(segments, j);
if (seg != null) {
sum += seg.modCount;
int c = seg.count;
if (c < 0 || (size += c) < 0)
overflow = true;
}
}
if (sum == last)
break;
last = sum;
}
} finally {
if (retries > RETRIES_BEFORE_LOCK) {
for (int j = 0; j < segments.length; ++j)
segmentAt(segments, j).unlock();
}
}
return overflow ? Integer.MAX_VALUE : size;
}
JDK1.8
在JDK1.8中对ConcurrentHashMap做了两个改进：
- 取消 segments 字段，直接采用transient volatile HashEntry<K,V>[] table保存数据， ** 采用table数组元素作为锁，从而实现了每一行数据进行加锁，进一步减少并发冲突的概率 ** 。
- 将原先 ** table数组 + 单向链表 ** 的数结构，变更为 ** table数组 + 单向链表 + 红黑树 ** 的结构。对于hash表来说，最核心的能力在于将key hash之后能均匀地分布在数组中。如果hash之后散列的很均匀，那么table数组中的每个队列长度主要为0或1。但实际情况并非总是如此理想，虽然ConcurrentHashMap类默认的加载因子为0.75，但是在数据量过大或者运气不佳的情况下，还是会存在一些队列长度过长的情况，如果还是采用单向列表方式，那查询某个节点的时间复杂度为o(n);因此，对于个数超过8（默认值）的列表，jdk1.8中采用了红黑树的结构，那么查询的时间复杂度可以降低到O(logn),可以改进性能。
