ConcurrentHashMap 源码分析，基于JDK1.8

1：几个重要的成员变量：

private static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; //map 容器的最大容量

private static final int DEFAULT_CAPACITY = 16; // map容器的默认大小

private static final float LOAD_FACTOR = 0.75f;  //加载因子

static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;  //由链表转为树状结构的链表长度

static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6; //由树状结构转为链表

static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64; //数组长度最小为64才会转为红黑树

transient volatile Node<K,V>[] table;  //Node数组 用于存储元素

private transient volatile Node<K,V>[] nextTable; //当扩容的时候用于临时存储数组链表

private transient volatile long baseCount; //保存着哈希表所有节点的个数总和，相当于hash      Map  size

private transient volatile int sizeCtl;

下面对sizeCtl这个属性进行说明：

• 0：默认值
• -1：代表哈希表正在进行初始化
• 大于0：相当于 HashMap 中的 threshold，表示阈值
• 小于-1：代表有多个线程正在进行扩容

由这些成员变量可以看到内部的数据结构是基于 数组+单链表 的数据结构的，其中链表会转化为树状结构；

2：构造方法

// 初始化 sizeCtl 参数

public ConcurrentHashMap(int initialCapacity,

float loadFactor, int concurrencyLevel) {

if (!(loadFactor > 0.0f) || initialCapacity < 0 || concurrencyLevel <= 0)

throw new IllegalArgumentException();

if (initialCapacity < concurrencyLevel)   // Use at least as many bins

initialCapacity = concurrencyLevel;   // as estimated threads

long size = (long)(1.0 + (long)initialCapacity / loadFactor);  //

int cap = (size >= (long)MAXIMUM_CAPACITY) ?

MAXIMUM_CAPACITY : tableSizeFor((int)size);

this.sizeCtl = cap;

}

3：几个重要的方法介绍 put  get remove三个方法的介绍；

3.1：put 方法：

public V put(K key, V value) {  //key=name1   value=aa

return putVal(key, value, false);

}

接下来看看putVal这个方法的具体实现：分为4部分来解析：

第一部分：

final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) { //key=name1  value=aa onlyIfAbsent=false

if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();

int hash = spread(key.hashCode());  //获取到key的hash值

int binCount = 0;  // 赋值 binCount=0

for (Node<K,V>[] tab = table;;) {  //进入循环方法体

Node<K,V> f; int n, i, fh;

if (tab == null || (n = tab.length) == 0)  //如果是添加第一个元素进入扩容方法

tab = initTable();

else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {

if (casTabAt(tab, i, null,

new Node<K,V>(hash, key, value, null)))

break;                   // no lock when adding to empty bin

}

//接下来看看扩容方法的实现：

private final Node<K,V>[] initTable() {

Node<K,V>[] tab; int sc;

while ((tab = table) == null || tab.length == 0) {

if ((sc = sizeCtl) < 0)  //当有其他线程在进行扩容 当前线程yield 放弃cpu使用

Thread.yield(); // lost initialization race; just spin

else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {//通过CAS将sc更新为 -1

try {

//这里假设是第一次put操作时进行扩容   sc=-1

if ((tab = table) == null || tab.length == 0) {

int n = (sc > 0) ? sc : DEFAULT_CAPACITY; //n=16

@SuppressWarnings("unchecked")

Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n]; //新建一个长度为16的Node数组

table = tab = nt;  // 将nt赋值给成员变量table

sc = n - (n >>> 2); // sc=12

}

} finally {

sizeCtl = sc;  // sizeCtl=-1  这里保证当其他线程进入initTable方法时线程会被 yield；

}

break;

}

}

return tab;

}

第二部分：

接下来看看put方法的第二部分操作：

else if ((fh = f.hash) == MOVED)  // MOVED=-1

tab = helpTransfer(tab, f);

简单说明下上面的方法：当 数组中的链表正在迁移中（如：扩容的情况下），则进入该方法；表明帮助迁移

第三部分：

这一部分虽然看起来代码量比较大，但是具体的操作和hashmap类似，主要的区别是

对这个链表进行加锁后处理，synchronized对象锁后进行相应的操作。tabAt保证获取到的对象是可见性的；其他的操作和hashmap中是一致的；就不做过多的说明了；

V oldVal = null;

synchronized (f) {

if (tabAt(tab, i) == f) {

if (fh >= 0) {

binCount = 1;

for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {

K ek;

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;

if ((e = e.next) == null) {

pred.next = new Node<K,V>(hash, key,

value, null);

break;

}

}

}

else if (f instanceof TreeBin) {

Node<K,V> p;

binCount = 2;

if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,

value)) != null) {

oldVal = p.val;

if (!onlyIfAbsent)

p.val = value;

}

}

}

}

if (binCount != 0) {

if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)

treeifyBin(tab, i);

if (oldVal != null)

return oldVal;

break;

}

}

接下来看看第四部分的代码：在put 方法中只有一句，如下所示：

addCount(1L, binCount); //这里的 binCount是指对操作那个Node链表的长度

每次添加Node元素到链表中binCount都会加1

接下来主要是分析addCount 里面的方法：1：更新baseCount  2：判断是否需要扩容

private final void addCount(long x, int check) {  //x=1   check=4

CounterCell[] as; long b, s;

if ((as = counterCells) != null ||

!U.compareAndSwapLong(this, BASECOUNT, b = baseCount, s = b + x)) {//将baseCount 更新为b + x 即总量+1

CounterCell a; long v; int m;

boolean uncontended = true;

if (as == null || (m = as.length - 1) < 0 ||

(a = as[ThreadLocalRandom.getProbe() & m]) == null ||

!(uncontended =

U.compareAndSwapLong(a, CELLVALUE, v = a.value, v + x))) {

fullAddCount(x, uncontended);

return;

}

if (check <= 1)

return;

s = sumCount();

}

if (check >= 0) {  // 链表长度大于0

Node<K,V>[] tab, nt; int n, sc;

// sizeCtl=-1  s=0  tab!=null  n为node[] 数组的长度

while (s >= (long)(sc = sizeCtl) && (tab = table) != null &&

(n = tab.length) < MAXIMUM_CAPACITY) {

int rs = resizeStamp(n); //数组能扩容的长度

if (sc < 0) {

if ((sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs || sc == rs + 1 ||

sc == rs + MAX_RESIZERS || (nt = nextTable) == null ||

transferIndex <= 0)  // 参数校验

break;

if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1))  //sc更新为1

transfer(tab, nt);

}

else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc,

(rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2))

transfer(tab, null);  //进入扩容的方法

s = sumCount();

}

}

}

下面看看 transfer的方法进入扩容的操作：

这个方法比较复杂，分为3个部分进行分析：

//这里tab为16的Node数组  nextTab为 null

private final void transfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V>[] nextTab) {

int n = tab.length, stride;

//计算单个线程允许处理的最少table桶首节点个数，不能小于 16

if ((stride = (NCPU > 1) ? (n >>> 3) / NCPU : n) < MIN_TRANSFER_STRIDE)

stride = MIN_TRANSFER_STRIDE; // subdivide range

//刚开始扩容  初始化nextTab

if (nextTab == null) {            // initiating

try {

@SuppressWarnings("unchecked")

Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n << 1]; //创建长度为32的Node数组

nextTab = nt;  // nextTab为32的空数组

} catch (Throwable ex) {      // try to cope with OOME

sizeCtl = Integer.MAX_VALUE;

return;

}

nextTable = nextTab;  // nextTable变量为长度32的数组

transferIndex = n;  // transferIndex=32  指向数组的最后一个桶

}

int nextn = nextTab.length;

//定义ForwardingNode用于标记已经迁移完的桶

ForwardingNode<K,V> fwd = new ForwardingNode<K,V>(nextTab);

接下来看看扩容的第二部分：

boolean advance = true;

boolean finishing = false; // to ensure sweep before committing nextTab

// bound 表示当前线程需要处理桶节点区间的下限

for (int i = 0, bound = 0;;) {  //进入for循环，这里没有结束条件

Node<K,V> f; int fh;

while (advance) {

int nextIndex, nextBound;

if (--i >= bound || finishing)

advance = false;

else if ((nextIndex = transferIndex) <= 0) { // 这里 nextIndex=32 如果nextIndex<=0 则说明没有需要迁移的桶

i = -1;

advance = false;

}

//更新transferIndex

//为当前线程分配任务，处理桶区间为(nextBound, nextIndex)

else if (U.compareAndSwapInt

(this, TRANSFERINDEX, nextIndex,

nextBound = (nextIndex > stride ?

nextIndex - stride : 0))) {

bound = nextBound;

i = nextIndex - 1;

advance = false;

}

}

if (i < 0 || i >= n || i + n >= nextn) {

int sc;

if (finishing) {

nextTable = null;

table = nextTab;

sizeCtl = (n << 1) - (n >>> 1);

return;

}

if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc = sizeCtl, sc - 1)) {

if ((sc - 2) != resizeStamp(n) << RESIZE_STAMP_SHIFT)

return;

finishing = advance = true;

i = n; // recheck before commit

}

}

else if ((f = tabAt(tab, i)) == null)

advance = casTabAt(tab, i, null, fwd);

else if ((fh = f.hash) == MOVED)

advance = true; // already processed