前言
我们之前分析了 Hash 的源码, 主要是 put 方法. 同时, 我们知道, HashMap 在并发的时候是不安全的, 为什么呢? 因为当多个线程对 Map 进行扩容会导致链表成环. 不单单是这个问题, 当多个线程相同一个槽中插入数据, 也是不安全的. 而在这之后, 我们学习了并发编程, 而并发编程中有一个重要的东西, 就是 JDK 自带的并发容器, 提供了线程安全的特性且比同步容器性能好出很多. 一个典型的代表就是 ConcurrentHashMap, 对, 又是 HashMap , 但是这个 Map 是线程安全的, 那么同样的, 我们今天就看看该类的 put 方法是如何实现线程安全的.
源码加注释分析 putVal 方法
- /** Implementation for put and putIfAbsent */
- 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;
- // 死循环执行
- for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
- Node<K,V> f; int n, i, fh;
- if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
- // 初始化
- tab = initTable();
- // 获取对应下标节点, 如果是 kong, 直接插入
- else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
- // CAS 进行插入
- if (casTabAt(tab, i, null,
- new Node<K,V>(hash, key, value, null)))
- break; // no lock when adding to empty bin
- }
- // 如果 hash 冲突了, 且 hash 值为 -1, 说明是 ForwardingNode 对象(这是一个占位符对象, 保存了扩容后的容器)
- else if ((fh = f.hash) == MOVED)
- tab = helpTransfer(tab, f);
- // 如果 hash 冲突了, 且 hash 值不为 -1
- else {
- V oldVal = null;
- // 同步 f 节点, 防止增加链表的时候导致链表成环
- synchronized (f) {
- // 如果对应的下标位置 的节点没有改变
- if (tabAt(tab, i) == f) {
- // 并且 f 节点的 hash 值 不是大于 0
- if (fh>= 0) {
- // 链表初始长度
- binCount = 1;
- // 死循环, 直到将值添加到链表尾部, 并计算链表的长度
- 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;
- }
- }
- }
- // 如果 f 节点的 hasj 小于 0 并且 f 是 树类型
- 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;
- }
- }
- }
- }
- // 链表长度大于等于 8 时, 将该节点改成红黑树树
- if (binCount != 0) {
- if (binCount>= TREEIFY_THRESHOLD)
- treeifyBin(tab, i);
- if (oldVal != null)
- return oldVal;
- break;
- }
- }
- }
- // 判断是否需要扩容
- addCount(1L, binCount);
- return null;
- }
楼主在代码中写了很多注释, 但是还是说一下步骤(该方法和 HashMap 的高度相似, 但是多了很多同步操作).
校验 key value 值, 都不能是 null. 这点和 HashMap 不同.
得到 key 的 hash 值.
死循环并更新 tab 变量的值.
如果容器没有初始化, 则初始化. 调用 initTable 方法. 该方法通过一个变量 + CAS 来控制并发. 稍后我们分析源码.
根据 hash 值找到数组下标, 如果对应的位置为空, 就创建一个 Node 对象用 CAS 方式添加到容器. 并跳出循环.
如果 hash 冲突, 也就是对应的位置不为 null, 则判断该槽是否被扩容了(-1 表示被扩容了), 如果被扩容了, 返回新的数组.
如果 hash 冲突 且 hash 值不是 -1, 表示没有被扩容. 则进行链表操作或者红黑树操作, 注意, 这里的 f 头节点被锁住了, 保证了同时只有一个线程修改链表. 防止出现链表成环.
和 HashMap 一样, 如果链表树超过 8, 则修改链表为红黑树.
将数组加 1(CAS 方式), 如果需要扩容, 则调用 transfer 方法 (非常复杂, 以后再详解) 进行移动和重新散列, 该方法中, 如果是槽中只有单个节点, 则使用 CAS 直接插入, 如果不是, 则使用 synchronized 进行同步, 防止并发成环.
这里说一说 initTable 方法:
- /**
- * Initializes table, using the size recorded in sizeCtl.
- */
- private final Node<K,V>[] initTable() {
- Node<K,V>[] tab; int sc;
- while ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
- // 小于 0 说明被其他线程改了
- if ((sc = sizeCtl) <0)
- // 自旋等待
- Thread.yield(); // lost initialization race; just spin
- // CAS 修改 sizeCtl 的值为 - 1
- else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {
- try {
- if ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
- // sc 在初始化的时候用户可能会自定义, 如果没有自定义, 则是默认的
- int n = (sc> 0) ? sc : DEFAULT_CAPACITY;
- // 创建数组
- Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n];
- table = tab = nt;
- // sizeCtl 计算后作为扩容的阀值
- sc = n - (n>>> 2);
- }
- } finally {
- sizeCtl = sc;
- }
- break;
- }
- }
- return tab;
- }
该方法为了在并发环境下的安全, 加入了一个 sizeCtl 变量来进行判断, 只有当一个线程通过 CAS 修改该变量成功后(默认为 0, 改成 -1), 该线程才能初始化数组. 保证了初始化数组时的安全性.
总结
ConcurrentHashMap 是并发大师 Doug Lea 的杰作, 可以说鬼斧神工, 总的来说, 使用了 CAS 加 synchronized 来保证了 put 操作并发时的危险(特别是链表), 相比 同步容器 hashTable 来说, 如果容器大小是 16, 并发的性能是他的 16 倍, 注意, 读的时候是没有锁的, 完全并发, 而 HashTable 在 get 方法上直接加上了 synchronized 关键字, 性能差距不言而喻.
当然, 楼主这篇文章可能之写到了 ConcurrentHashMap 的皮毛, 关于如何扩容, 楼主没有详细介绍, 而楼主在阅读源码的收获也很多, 发现了很多有趣的东西, 比如 ThreadLocalRandom 类在 addCount 方法中的应用, 大家可以看看该类, 非常的实用.
注意: 这篇文章仅仅是 ConcurrentHashMap 的开头, 关于 ConcurrentHashMap 里面的精华太多, 值得我们好好学习.
good luck !!!!!
来源: https://juejin.im/post/5ae753a75188256735644d98