Java源码解析之ConcurrentHashMap的示例分析

小编给大家分享一下Java源码解析之ConcurrentHashMap的示例分析，希望大家阅读完这篇文章之后都有所收获，下面让我们一起去探讨吧！

早期 ConcurrentHashMap，其实现是基于：

• 分离锁，也就是将内部进行分段（Segment），里面则是 HashEntry 的数组，和 HashMap 类似，哈希相同的条目也是以链表形式存放。

• HashEntry 内部使用 volatile 的 value 字段来保证可见性，也利用了不可变对象的机制以改进利用 Unsafe 提供的底层能力，比如 volatile access，去直接完成部分操作，以最优化性能，毕竟 Unsafe 中的很多操作都是 JVM intrinsic 优化过的。

在进行并发操作的时候，只需要锁定相应段，这样就有效避免了类似 Hashtable 整体同步的问题，大大提高了性能。

Put操作

通过二次哈希避免哈希冲突，然后以 Unsafe 调用方式，直接获取相应的 Segment，然后进行线程安全的 put 操作

public V put(K key, V value) {         Segment<K,V> s;         if (value == null)             throw new NullPointerException();         // 二次哈希，以保证数据的分散性，避免哈希冲突         int hash = hash(key.hashCode());         int j = (hash >>> segmentShift) & segmentMask;         if ((s = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObject          // nonvolatile; recheck              (segments, (j << sshIFT) + SBASE)) == null) //  in ensureSegment             s = ensureSegment(j);         return s.put(key, hash, value, false);     }

其核心逻辑实现在下面的内部方法中：

final V put(K key, int hash, V value, boolean onlyIfAbsent) {             // scanAndLockForPut 会去查找是否有 key 相同 node             // 无论如何，确保获取锁             HashEntry<K,V> node = tryLock() ? null :                 scanAndLockForPut(key, hash, value);             V oldValue;             try {                 HashEntry<K,V>[] tab = table;                 int index = (tab.length - 1) & hash;                 HashEntry<K,V> first = entryAt(tab, index);                 for (HashEntry<K,V> e = first;;) {                     if (e != null) {                         K k;                         // 更新已有 value...                     }                     else {                         // 放置 HashEntry 到特定位置，如果超过阈值，进行 rehash                         // ...                     }                 }             } finally {                 unlock();             }             return oldValue;         }

在写的时候：

• ConcurrentHashMap 会获取再入锁，以保证数据一致性，Segment 本身就是基于 ReentrantLock 的扩展实现，所以，在并发修改期间，相应 Segment 是被锁定的。

• 在最初阶段，进行重复性的扫描，以确定相应 key 值是否已经在数组里面，进而决定是更新还是放置操作。

• 在 ConcurrentHashMap 中解决扩容的问题，不是整体的扩容，而是单独对 Segment 进行扩容。

• 为了减少锁定segment的开销，ConcurrentHashMap 的实现是通过重试机制（RETRIES_BEFORE_LOCK，指定重试次数 2），来试图获得可靠值。如果没有监控到发生变化（通过对比 Segment.modCount），就直接返回，否则获取锁进行操作。

机制在Java 8 上的变化：

• 总体结构上，它的内部存储与HashMap 结构非常相似，同样是大的桶（bucket）数组，然后内部也是一个个所谓的链表结构（bin），同步的粒度要更细致一些。

• 其内部仍然有 Segment 定义，但仅仅是为了保证序列化时的兼容性而已，不再有任何结构上的用处。

• 因为不再使用 Segment，初始化操作大大简化，修改为 lazy-load 形式，这样可以有效避免初始开销。

• 数据存储利用 volatile 来保证可见性。

• 使用 CAS (Compare And Swap)等操作，在特定场景进行无锁并发操作。

• 使用 Unsafe、LongAdder 之类底层手段，进行极端情况的优化。

看看在java8上的put操作

final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) { if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();     int hash = spread(key.hashCode());     int binCount = 0;     for (Node<K,V>[] tab = table;;) {         Node<K,V> f; int n, i, fh; K fk; V fv;         if (tab == null || (n = tab.length) == 0)             tab = initTable();         else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {             // 利用 CAS 去进行无锁线程安全操作，如果 bin 是空的             if (casTabAt(tab, i, null, new Node<K,V>(hash, key, value)))                 break;         }         else if ((fh = f.hash) == MOVED)             tab = helpTransfer(tab, f);         else if (onlyIfAbsent // 不加锁，进行检查                  && fh == hash                  && ((fk = f.key) == key || (fk != null && key.equals(fk)))                  && (fv = f.val) != null)             return fv;         else {             V oldVal = null;             synchronized (f) {                    // 细粒度的同步修改操作...                 }             }             // Bin 超过阈值，进行树化             if (binCount != 0) {                 if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)                     treeifyBin(tab, i);                 if (oldVal != null)                     return oldVal;                 break;             }         }     }     addCount(1L, binCount);     return null; }

初始化操作实现在 initTable 里面，这是一个典型的 CAS 使用场景，利用 volatile 的 sizeCtl 作为互斥手段：如果发现竞争性的初始化，就 spin 在那里，等待条件恢复；否则利用 CAS 设置排他标志。如果成功则进行初始化；否则重试。

private final Node<K,V>[] initTable() {     Node<K,V>[] tab; int sc;     while ((tab = table) == null || tab.length == 0) {         // 如果发现冲突，进行 spin 等待         if ((sc = sizeCtl) < 0)             Thread.yield();         // CAS 成功返回 true，则进入真正的初始化逻辑         else if (U.compareAndSetInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {             try {                 if ((tab = table) == null || tab.length == 0) {                     int n = (sc > 0) ? sc : DEFAULT_CAPACITY;                     @SuppressWarnings("unchecked")                     Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n];                     table = tab = nt;                     sc = n - (n >>> 2);                 }             } finally {                 sizeCtl = sc;             }             break;         }                                                               }     return tab; }

当 bin 为空时，同样是没有必要锁定，也是以 CAS 操作去放置。

看完了这篇文章，相信你对“Java源码解析之ConcurrentHashMap的示例分析”有了一定的了解，如果想了解更多相关知识，欢迎关注编程网精选频道，感谢各位的阅读！