java基础解析系列(五)---HashMap并发下的问题以及HashTable和CurrentHashMap的区别

java基础解析系列(五)---HashMap并发下的问题以及HashTable和CurrentHashMap的区别

目录

• java基础解析系列(一)---String、StringBuffer、StringBuilder
• java基础解析系列(二)---Integer
• java基础解析系列(三)---HashMap
• java基础解析系列(四)---LinkedHashMap的原理及LRU算法的实现
• 这是我的博客目录，欢迎阅读

HashMap造成的死循环

resize分析

void resize(int newCapacity) {
472         Entry[] oldTable = table;
473         int oldCapacity = oldTable.length;
474         if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
475             threshold = Integer.MAX_VALUE;
476             return;
477         }
478
479         Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
480         transfer(newTable);
481         table = newTable;
482         threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
483     }

void transfer(Entry[] newTable) {
489         Entry[] src = table;
490         int newCapacity = newTable.length;
491         for (int j = 0; j < src.length; j++) {
492             Entry<K,V> e = src[j];
493             if (e != null) {
494                 src[j] = null;
495                 do {
496                     Entry<K,V> next = e.next;//用于判断后面循环是否继续
497                     int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
498                     e.next = newTable[i];
499                     newTable[i] = e;
500                     e = next;
501                 } while (e != null);
502             }
503         }
504     }

• 当hashmap大小超过阈值的时候，会进行扩容
• 看看第497到500行代码做了什么
• 取出原table中的一个Entry e
• 计算该Entry e的在新表的新下标，然后将新table该下标的Entry从新table拿出来，作为Entry e的next，再把将e放到newTable，newTable[i]=e
• 那么其实他做的就是在原table的Entry取出来，计算他的新下标，然后将这个Entry放入新的table，放入新table的时候，是做为链头，原来的Entry接在后面，实际上就相当于链表的头插法

并发情况下的resize

• put完成之后的结果

• 如果此时有两个线程，线程一完成resize，结果如下

• 此前线程二之前只执行了第一层Entry<K,V> next = e.next，所以对于线程二来说，此时e为3，next是7(这个是判断后面循环是否终止),然后继续resize

• 执行497到501的代码

• while(e!=null),此时e为7，e不为空，进入第二次循环
• next=e.next，即next为7的next(这个是判断后面循环是否终止)，也就是3（线程一的结果），把7放到链表前头

• while(e!=null)，此时e=3，e不等于null，进入第三次循环

• next=e.next(这个是判断后面循环是否终止)，即3的next，也就是null（造成后面循环终止）

• 放置3这个Entry，3的next设为7（e.next = newTable[i];），而上一步7的next是3，这样就造成了一个循环

• while(e!=null),e为null循环终止
• 那么如果此时get一个键，如果这个键的hash值刚好和3相同，那么这个时候就会遍历链表进行查找，而这个链表是个循环链表，就会造成死循环
• 因此hashmap并不是线程安全

HashTable

对比

public synchronized V get(Object key){}
public synchronized V put(K key, V value) {}
public synchronized V remove(Object key){}

• 用一个表来描述HashMap和HashTable的主要区别

对比	HashMap	HashTable
键值	键和value允许null	不行
synchronized	非synchronzied	synchronized
单线程情况下速度	快	慢
扩容方式	2倍	2倍+1
容量	初始为16，必须为2的n次方	初始为11

缺点

• 单线程情况下，也会加锁

ConcurrentHashMap

HashEntry类

 static final class HashEntry<K,V> {
219         final K key;
220         final int hash;
221         volatile V value;
222         final HashEntry<K,V> next;
223
224         HashEntry(K key, int hash, HashEntry<K,V> next, V value) {
225             this.key = key;
226             this.hash = hash;
227             this.next = next;
228             this.value = value;
229         }
230
231         @SuppressWarnings("unchecked")
232         static final <K,V> HashEntry<K,V>[] More ...newArray(int i) {
233             return new HashEntry[i];
234         }
235     }

Segment类

static final class Segment<K,V> extends ReentrantLock implements Serializable {
transient volatile HashEntry<K,V>[] table

315         final float loadFactor;
316
317         Segment(int initialCapacity, float lf) {
318             loadFactor = lf;
319             setTable(HashEntry.<K,V>newArray(initialCapacity));
320         }
321 

231         @SuppressWarnings("unchecked")
232         static final <K,V> HashEntry<K,V>[] newArray(int i) {
233             return new HashEntry[i];
234         }

Sets table to new HashEntry array. Call only while holding lock or in constructor.
330
331         void setTable(HashEntry<K,V>[] newTable) {
332             threshold = (int)(newTable.length * loadFactor);
333             table = newTable;
334         }

• Segment继承了ReentrantLock显示锁
• 一个Segement对象维护这一个HashEntry数组
• 构造方法里面调用了newArray方法，这个方法用于创建一个HashEntry数组

CurrentHashMap构造方法

612     public .ConcurrentHashMap(int initialCapacity,
613                              float loadFactor, int concurrencyLevel) {
614         if (!(loadFactor > 0) || initialCapacity < 0 || concurrencyLevel <= 0)
615             throw new IllegalArgumentException();
616
617         if (concurrencyLevel > MAX_SEGMENTS)
618             concurrencyLevel = MAX_SEGMENTS;
619
620         // Find power-of-two sizes best matching arguments
621         int sshift = 0;
622         int ssize = 1;
623         while (ssize < concurrencyLevel) {
624             ++sshift;
625             ssize <<= 1;
626         }
627         segmentShift = 32 - sshift;
628         segmentMask = ssize - 1;
629         this.segments = Segment.newArray(ssize);
630
631         if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
632             initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
633         int c = initialCapacity / ssize;
634         if (c * ssize < initialCapacity)
635             ++c;
636         int cap = 1;
637         while (cap < c)
638             cap <<= 1;
639
640         for (int i = 0; i < this.segments.length; ++i)
641             this.segments[i] = new Segment<K,V>(cap, loadFactor);
642     }

• 629行创建了一个Segment数组
• 640-641为Segment数组中的每一个Segment创建一个HashEntry数组
• 那么实际上初始化的时候是先创建一个Segemnt数组，然后每个Segment又创建一个HashEntry数组，可以类比二维数组

CurrentHashMap的put方法

 public V put(K key, V value) {
908         if (value == null)
909             throw new NullPointerException();
910         int hash = hash(key.hashCode());
911         return segmentFor(hash).put(key, hash, value, false);
912     }

200     final Segment<K,V> segmentFor(int hash) {
201         return segments[(hash >>> segmentShift) & segmentMask];
202     }

• put的时候通过segmentFor找到segments数组的下标，然后在该segemnt存放键值对，实际上就是找到一个HashEntry数组，然后添加到该数组其中一个链表中

Segment的put方法

444         V put(K key, int hash, V value, boolean onlyIfAbsent) {
445             lock();
446             try {
447                 int c = count;
448                 if (c++ > threshold) // ensure capacity
449                     rehash();
450                 HashEntry<K,V>[] tab = table;
451                 int index = hash & (tab.length - 1);
452                 HashEntry<K,V> first = tab[index];
453                 HashEntry<K,V> e = first;
454                 while (e != null && (e.hash != hash || !key.equals(e.key)))
455                     e = e.next;
456
457                 V oldValue;
458                 if (e != null) {
459                     oldValue = e.value;
460                     if (!onlyIfAbsent)
461                         e.value = value;
462                 }
463                 else {
464                     oldValue = null;
465                     ++modCount;
466                     tab[index] = new HashEntry<K,V>(key, hash, first, value);
467                     count = c; // write-volatile
468                 }
469                 return oldValue;
470             } finally {
471                 unlock();
472             }
473         }

• 在前面已经知道Segment继承了显式锁，从445看出，代码会执行lock方法，也就是加锁，这是对于一个Segment的，那么也就是如果put的时候找到的Segemnt是不一样的，那么put的时候不是锁对象不同就不会产生竞争，这就是相对于HashTable来说的一个优点，不会任何时候都加锁

CurrentHashMap的get方法

795     public V get(Object key) {
796         int hash = hash(key.hashCode());
797         return segmentFor(hash).get(key, hash);
798     }

• 和put一样，先在segments数组中找到一个segment，然后执行他的get方法

Segment的get方法

362         V get(Object key, int hash) {
363             if (count != 0) { // read-volatile
364                 HashEntry<K,V> e = getFirst(hash);
365                 while (e != null) {
366                     if (e.hash == hash && key.equals(e.key)) {
367                         V v = e.value;
368                         if (v != null)
369                             return v;
370                         return readValueUnderLock(e); // recheck
371                     }
372                     e = e.next;
373                 }
374             }
375             return null;
376         }
377

• getFirst方法找到在Entry数组中对应位置的链表的链头，然后对链表进行遍历
• 看下370行的readValueUnderLock方法，源码也注释了recheck，作用就是在找当找到对应的键后并且value为null的时候，再进行一次查找。

readValueUnderLock

351         V readValueUnderLock(HashEntry<K,V> e) {
352             lock();
353             try {
354                 return e.value;
355             } finally {
356                 unlock();
357             }
358         }

• 这次查找会进行加锁，这个过程可能读到最近覆盖的一个非空的value，这是对比HashTable的第二个好处，hashtable是对get用synchronized修饰，CurrentHashMap不会在get的时候全程加锁，减小锁的粒度，甚至不加锁

我觉得分享是一种精神，分享是我的乐趣所在，不是说我觉得我讲得一定是对的，我讲得可能很多是不对的，但是我希望我讲的东西是我人生的体验和思考，是给很多人反思，也许给你一秒钟、半秒钟，哪怕说一句话有点道理，引发自己内心的感触，这就是我最大的价值。（这是我喜欢的一句话，也是我写博客的初衷）

作者：jiajun 出处： http://www.cnblogs.com/-new/

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