ConcurrentHashMap

一、分析 Java 8 版本的 ConcurrentHashMap 的重要源码

  • Node 节点
      static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
          final int hash; 
          final K key; 
          volatile V val;
          volatile Node<K,V>next;
      }
    
  • put 方法源码分析
    final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) { 
        if (key == null || value == null) { 
            throw new NullPointerException(); 
        }
        //计算 hash 值 
        int hash = spread(key.hashCode()); 
        int binCount = 0; 
        for (Node<K, V>[] tab = table; ; ) { 
            Node<K, V> f; 
            int n, i, fh; 
            //如果数组是空的,就进行初始化 
            if (tab == null || (n = tab.length) == 0) { 
                tab = initTable(); 
            }
            // 找该 hash 对应的数组下标 
            else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) { 
                //如果该位置是空的,就用 CAS 的方式放入新值 
                if (casTabAt(tab, i, null, 
                    new Node<K, V>(hash, key, value, null))) { 
                    break; 
                } 
            }
            // hash值等于 MOVED 代表在扩容 
            else if ((fh = f.hash) == MOVED) { 
                tab = helpTransfer(tab, f); 
            }
            // 槽点上是有值的情况 
            else {
                V oldVal = null; 
                // 用 synchronized 锁住当前槽点,保证并发安全 
                synchronized (f) { 
                    if (tabAt(tab, i) == f) { 
                        // 如果是链表的形式 
                        if (fh >= 0) { 
                            binCount = 1; 
                            // 遍历链表 
                            for (Node<K, V> e = f; ; ++binCount) { 
                                K ek;
                                // 如果发现该 key 已存在,就判断是否需要进行覆盖,然后返回 
                                if (e.hash == hash && ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))) { 
                                    oldVal = e.val; 
                                    if (!onlyIfAbsent) { 
                                        e.val = value; 
                                    }
                                    break; 
                                } 
                                Node<K, V> pred = e;
                                // 到了链表的尾部也没有发现该 key,说明之前不存在, 就把新值添加到链表的最后 
                                if ((e = e.next) == null) { 
                                    pred.next = new Node<K, V>(hash, key, value, null); 
                                    break; 
                                } 
                           } 
                    }
                    // 如果是红黑树的形式 
                    else if (f instanceof TreeBin) { 
                        Node<K, V> p; 
                        binCount = 2; 
                        // 调用 putTreeVal 方法往红黑树里增加数据 
                        if ((p = ((TreeBin<K, V>) f).putTreeVal(hash, key, value)) != null) { 
                            oldVal = p.val; 
                            if (!onlyIfAbsent) { 
                                p.val = value; 
                            } 
                        } 
                    } 
                } 
          }
          if (binCount != 0) {
              // 检查是否满足条件并把链表转换为红黑树的形式,,默认的 TREEIFY_THRESHOLD 阈值是 8 
              if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD) { 
                  treeifyBin(tab, i); 
              } 
              // putVal 的返回是添加前的旧值,所以返回 oldVal 
              if (oldVal != null) { 
                  return oldVal; 
              } 
              break; 
          } 
        } 
      }
      addCount(1L, binCount); 
      return null; 
    }
    
  • get 方法源码分析
    public V get(Object key) { 
        Node<K,V>[] tab; 
        Node<K,V> e, p; 
        int n, eh; 
        K ek; 
        //计算 hash 值 
        int h = spread(key.hashCode()); 
        //如果整个数组是空的,或者当前槽点的数据是空的,说明 key 对应的 value 不存在,直接返回 null 
        if ((tab = table) != null 
            && (n = tab.length) > 0 && (e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null) {
            // 判断头结点是否就是我们需要的结点,如果是则直接返回 
            if ((eh = e.hash) == h) { 
                if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))) 
                    return e.val; 
            }
            //如果头结点 hash 值小于 0,说明是红黑树或者正在扩容,就用对应的 find 方法来查找
            else if (eh < 0) 
                return (p = e.find(h, key)) != null ? p.val : null;
            //遍历链表来查找 
            while ((e = e.next) != null) { 
                if (e.hash == h 
                    && ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))) 
                    return e.val; 
           } 
        }
        return null;
    

二、对比 Java 7 和 Java 8 的异同和优缺点

  • 数据结构
    Java 7 采用 Segment 分段锁来实现
    Java 8 中的 ConcurrentHashMap 使用数组 + 链表 + 红黑树

  • 并发度
    Java 7 :每个 Segment 独立加锁,最大并发个数就是 Segment 的个数(默认是 16)
    Java 8 :锁粒度更细,并发度比之前有提高
  • 保证并发安全的原理
    Java 7 :采用 Segment 分段锁来保证安全
    Java 8 :采用 Node + CAS + synchronized 保证安全
  • 遇到 Hash 碰撞
    Java 7:使用拉链法
    Java 8:先使用拉链法,在链表长度超过一定阈值时,将链表转换为红黑树
  • 查询时间复杂度
    Java 7:遍历链表的时间复杂度是 O(n),n 为链表长度
    Java 8:如果变成遍历红黑树,时间复杂度降低为 O(log(n)),n 为树的节点个数
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