[集合源码]——ConcurrentHashMap源码分析

笔记整理自 黑马程序员全面深入学习Java并发编程,从《Java并发编程的艺术》作为补充

🔍为什么要使用ConcurrentHashMap

  • ⚠️线程不安全的HashMap

    HashMap在并发执行put操作时会引起死循环,是因为多线程会导致HashMap的Entry链表 形成环形数据结构,一旦形成环形数据结构,Entry的next节点永远不为空,就会产生死循环获 取Entry。

    hashmap形成死链⛓️⛓️的主要原因是在扩容是将元素加入链表头导致的,而在JDK 8 虽然将扩容算法做了调整,不再将元素加入链表头(而是保持与扩容前一样的顺序),但仍不意味着能 够在多线程环境下能够安全扩容,还会出现其它问题(如扩容丢数据)

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  • 🦥效率低下的HashTable

    HashTable容器使用synchronized来保证线程安全,但在线程竞争激烈的情况下HashTable 的效率非常低下。因为当一个线程访问HashTable的同步方法,其他线程也访问HashTable的同 步方法时,会进入阻塞或轮询状态。

    img

  • ⏩ConcurrentHashMap的锁分段技术可有效提升并发访问率

    HashTable容器在竞争激烈的并发环境下表现出效率低下的原因是所有访问HashTable的 线程都必须竞争同一把锁

    假如容器里有多把锁🔐🔐🔐,每一把锁用于锁容器其中一部分数据,那么 当多线程访问容器里不同数据段的数据时,线程间就不会存在锁竞争,从而可以有效提高并 发访问效率,这就是ConcurrentHashMap所使用的锁分段技术。

    首先将数据分成一段一段地存 储,然后给每一段数据配一把锁,当一个线程占用锁访问其中一个段数据的时候,其他段的数 据也能被其他线程访问。

    JDK1.7 的 ConcurrentHashMap:

    img

ConcurrentHashMap 结合了 HashMap 和 HashTable 二者的优势💪。HashMap 没有考虑同步,HashTable 考虑了同步的问题。但是 HashTable 在每次同步执行时都要锁住整个结构。ConcurrentHashMap 锁的方式是稍微细粒度的。

🎬原理解析

  • JDK1.7

    首先将数据分为一段一段的存储,然后给每一段数据配一把锁,当一个线程占用锁访问其中一个段数据时,其他段的数据也能被其他线程访问。

    在 JDK1.7 中,ConcurrentHashMap 采用 Segment + HashEntry 的数据结构,结构如下:

    一个 ConcurrentHashMap 里包含一个 Segment 数组。Segment 的结构和 HashMap 类似,是一种数组和链表结构,segment 继承了 ReentrantLock,一个 Segment 包含一个 HashEntry 数组,每个 HashEntry 是一个链表结构的元素。当对 HashEntry 数组的数据进行修改时,必须首先获得对应的 Segment 的锁。

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  1. 该类包含两个静态内部类 HashEntry 和 Segment ;前者用来封装映射表的键值对,后者用来充当锁的角色;

  2. Segment 是一种可重入的锁 ReentrantLock,每个 Segment 守护一个 HashEntry 数组里的元素,当对 HashEntry 数组的数据进行修改时,必须首先获得对应的 Segment 锁。

  • JDK1.8

    💡在JDK1.8 中,放弃了 Segment 臃肿的设计,取而代之的是采用 Node + CAS + Synchronized 来保证并发安全,synchronized 只锁定当前链表或红黑二叉树的首节点,这样只要 hash 不冲突,就不会产生并发,效率又提升 N 倍。

    结构如下:

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🖥️JDK7中源码分析

以下源码分析为Jdk7的ConcurrentHashMap

它维护了一个 segment 数组,每个 segment 对应一把锁

  • 优点:如果多个线程访问不同的 segment,实际是没有冲突的,这与 jdk8 中是类似的

  • 缺点:Segments 数组默认大小为16,这个容量初始化指定后就不能改变了,并且不是懒惰初始化

⚙️构造器分析

public ConcurrentHashMap(int initialCapacity, float loadFactor, int concurrencyLevel) {
    if (!(loadFactor > 0) || initialCapacity < 0 || concurrencyLevel <= 0)
        throw new IllegalArgumentException();
   //============= 分析 ===============> 
   //segments数组的长度ssize是通过concurrencyLevel计算得出的。
    if (concurrencyLevel > MAX_SEGMENTS)
        concurrencyLevel = MAX_SEGMENTS;
    // ssize 必须是 2^n, 即 2, 4, 8, 16 ... 表示了 segments 数组的大小
    int sshift = 0;
    int ssize = 1;
    while (ssize < concurrencyLevel) {
        ++sshift;
        ssize <<= 1;
    }
 	
    //================================> 
    
    
    //1、segmentShift用于定位参与散列运算的位数
    // segmentShift 默认是 32 - 4 = 28
    this.segmentShift = 32 - sshift;
    //2、segmentMask是散列运算的掩码
    // segmentMask 默认是 15 即 0000 0000 0000 1111
    this.segmentMask = ssize - 1;
    
    //通过initialCapacity和loadFactor来初始话容量
    if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
        initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
    int c = initialCapacity / ssize;
    if (c * ssize < initialCapacity)
        ++c;
    
    //cap就是segment里HashEntry数组的长度
    int cap = MIN_SEGMENT_TABLE_CAPACITY;
    while (cap < c)
        cap <<= 1;
    // 创建 segments and segments[0]
    Segment<K,V> s0 =
        new Segment<K,V>(loadFactor, (int)(cap * loadFactor),
                         (HashEntry<K,V>[])new HashEntry[cap]);
    Segment<K,V>[] ss = (Segment<K,V>[])new Segment[ssize];
    UNSAFE.putOrderedObject(ss, SBASE, s0); // ordered write of segments[0]
    this.segments = ss;
}

👨‍🏫分析1:

segments数组的长度ssize是通过concurrencyLevel计算得出的。为了能通过按位与的散列算法来定位segments数组的索引,必须保证segments数组的长度是2的N次方(power-of-two size),所以必须计算出一个大于或等于concurrencyLevel的最小的2的N次方值来作为segments数组的长度。假如concurrencyLevel等于14、15或16,ssize都会等于16,即容器里锁的个数也是16。

构造完成,如下图所示

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可以看到 ConcurrentHashMap 没有实现懒惰初始化,空间占用不友好

其中 this.segmentShift 和 this.segmentMask 的作用是决定将 key 的 hash 结果匹配到哪个 segment

例如,根据某一 hash 值求 segment 位置,先将高位向低位移动 this.segmentShift 位

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结果再与 this.segmentMask 做位于运算,最终得到 1010 即下标为 10 的 segment

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以上就是一种散列算法,目的是减少散列冲突,使元素能够均匀地分布在不同的Segment上, 从而提高容器的存取效率。

⏳put 流程

public V put(K key, V value) {
    Segment<K,V> s;
    if (value == null)
        throw new NullPointerException();
    int hash = hash(key);
    // 计算出 segment 下标
    int j = (hash >>> segmentShift) & segmentMask;

    // 获得 segment 对象, 判断是否为 null, 是则创建该 segment
    if ((s = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObject 
         (segments, (j << SSHIFT) + SBASE)) == null) {
        // 这时不能确定是否真的为 null, 因为其它线程也发现该 segment 为 null,
        // 因此在 ensureSegment 里用 cas 方式保证该 segment 安全性
        s = ensureSegment(j);
    }
    // 进入 segment 的put 流程
    return s.put(key, hash, value, false);
}

segment 继承了可重入锁(ReentrantLock),它的 put 方法为

final V put(K key, int hash, V value, boolean onlyIfAbsent) {
    // 尝试加锁
    HashEntry<K,V> node = tryLock() ? null :
    // 如果不成功, 进入 scanAndLockForPut 流程
    // 如果是多核 cpu 最多 tryLock 64 次, 进入 lock 流程
    // 在尝试期间, 还可以顺便看该节点在链表中有没有, 如果没有顺便创建出来
    scanAndLockForPut(key, hash, value);

    // 执行到这里 segment 已经被成功加锁, 可以安全执行
    V oldValue;
    try {
        HashEntry<K,V>[] tab = table;
  		//定位插入位置
        int index = (tab.length - 1) & hash;
        HashEntry<K,V> first = entryAt(tab, index);
        for (HashEntry<K,V> e = first;;) {
            if (e != null) {
                // 更新
                K k;
                if ((k = e.key) == key ||
                    (e.hash == hash && key.equals(k))) { 
                    oldValue = e.value;
                    if (!onlyIfAbsent) {
                        e.value = value;
                        ++modCount;
                    }
                    break;
                }
                e = e.next;
            }
            else {
                // 新增
                // 1) 之前等待锁时, node 已经被创建, next 指向链表头
                if (node != null)
                    node.setNext(first);
                else
                    // 2) 创建新 node
                    node = new HashEntry<K,V>(hash, key, value, first);
                int c = count + 1; 
                // 3) 扩容
                if (c > threshold && tab.length < MAXIMUM_CAPACITY)
                    rehash(node);
                else
                    // 将 node 作为链表头
                    setEntryAt(tab, index, node);
                ++modCount;
                count = c;
                oldValue = null;
                break;
            }
        }
    } finally {
        unlock();
    }
    return oldValue;
}

👨‍🏫分析:

在插入元素前会先判断Segment里的HashEntry数组是否超过容量(threshold),如果超过阈 值,则对数组进行扩容。值得一提的是,Segment的扩容判断比HashMap更恰当,因为HashMap 是在插入元素后判断元素是否已经到达容量的,如果到达了就进行扩容,但是很有可能扩容 之后没有新元素插入,这时HashMap就进行了一次无效的扩容

rehash 流程,发生在 put 中,因为此时已经获得了锁,因此 rehash 时不需要考虑线程安全

private void rehash(HashEntry<K,V> node) {
    HashEntry<K,V>[] oldTable = table;
    int oldCapacity = oldTable.length;
    int newCapacity = oldCapacity << 1;
    threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
    HashEntry<K,V>[] newTable =
        (HashEntry<K,V>[]) new HashEntry[newCapacity];
    int sizeMask = newCapacity - 1;
    for (int i = 0; i < oldCapacity ; i++) {
        HashEntry<K,V> e = oldTable[i];
        if (e != null) {
            HashEntry<K,V> next = e.next;
            int idx = e.hash & sizeMask;
            if (next == null) // Single node on list
                newTable[idx] = e;
            else { // Reuse consecutive sequence at same slot
                HashEntry<K,V> lastRun = e;
                int lastIdx = idx;
                // 过一遍链表, 尽可能把 rehash 后 idx 不变的节点重用
                for (HashEntry<K,V> last = next;
                     last != null;
                     last = last.next) {
                    int k = last.hash & sizeMask;
                    if (k != lastIdx) {
                        lastIdx = k;
                        lastRun = last;
                    }
                }
                newTable[lastIdx] = lastRun;
                // 剩余节点需要新建
                for (HashEntry<K,V> p = e; p != lastRun; p = p.next) {
                    V v = p.value;
                    int h = p.hash;
                    int k = h & sizeMask;
                    HashEntry<K,V> n = newTable[k];
                    newTable[k] = new HashEntry<K,V>(h, p.key, v, n);
                }
            }
        }
    }
    // 扩容完成, 才加入新的节点
    int nodeIndex = node.hash & sizeMask; // add the new node
    node.setNext(newTable[nodeIndex]);
    newTable[nodeIndex] = node;

    // 替换为新的 HashEntry table
    table = newTable;
}

👨‍🏫分析:

在扩容的时候,首先会创建一个容量是原来容量两倍的数组,然后将原数组里的元素进 行再散列后插入到新的数组里。为了高效,ConcurrentHashMap不会对整个容器进行扩容,而只 对某个segment进行扩容

📌put操作过程如下:

  • 如果没有初始化就先调用initTable()方法来进行初始化过程
  • 如果没有hash冲突就直接CAS插入
  • 如果还在进行扩容操作就先进行扩容
  • 如果存在hash冲突,就加锁来保证线程安全,这里有两种情况,一种是链表形式就直接遍历到尾端插入,一种是红黑树就按照红黑树结构插入
  • 最后一个如果该链表的数量大于阈值8,就要先转换成黑红树的结构,break再一次进入循环
  • 如果添加成功就调用addCount()方法统计size,并且检查是否需要扩容

⏳get流程

🔓get 时并未加锁,用了 UNSAFE 方法保证了可见性,通过直接操作内存的方式来保证并发处理的安全性,使用的是硬件的安全机制。扩容过程中,get 先发生就从旧表取内容,get 后发生就从新 表取内容。

public V get(Object key) {
    Segment<K,V> s; // manually integrate access methods to reduce overhead
    HashEntry<K,V>[] tab;
    int h = hash(key);
    
   
     //============= 分析 ===============> 
     // u 为 segment 对象在数组中的偏移量
    long u = (((h >>> segmentShift) & segmentMask) << SSHIFT) + SBASE;
    // s 即为 segment
    if ((s = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObjectVolatile(segments, u)) != null &&
        (tab = s.table) != null) {
        for (HashEntry<K,V> e = (HashEntry<K,V>) UNSAFE.getObjectVolatile
             (tab, ((long)(((tab.length - 1) & h)) << TSHIFT) + TBASE);
             e != null; e = e.next) {
            K k;
            if ((k = e.key) == key || (e.hash == h && key.equals(k)))
                return e.value;
        }
    }
    return null;
}

分析:

定位HashEntry和定位Segment的散列算法虽然一样, 都与数组的长度减去1再相“与”,但是相“与”的值不一样,定位Segment使用的是元素的 hashcode通过再散列后得到的值的高位,而定位HashEntry直接使用的是再散列后的值。其目的 是避免两次散列后的值一样,虽然元素在Segment里散列开了,但是却没有在HashEntry里散列 开。

🧮size 计算流程

  • 计算元素个数前,先不加锁计算两次,如果前后两次结果如一样,认为个数正确返回

  • 如果不一样,进行重试,重试次数超过 3,将所有 segment 锁住,重新计算个数返回

    ConcurrentHashMap是如何判断在统计的时候容器是否发生了变化呢?

    使用modCount 变量,在put、remove和clean方法里操作元素前都会将变量modCount进行加1,那么在统计size 前后比较modCount是否发生变化,从而得知容器的大小是否发生变化

public int size() {
    // Try a few times to get accurate count. On failure due to
    // continuous async changes in table, resort to locking.
    final Segment<K,V>[] segments = this.segments;
    int size;
    boolean overflow; // true if size overflows 32 bits
    long sum; // sum of modCounts
    long last = 0L; // previous sum
    int retries = -1; // first iteration isn't retry
    try {
        for (;;) {
            if (retries++ == RETRIES_BEFORE_LOCK) {
                // 超过重试次数, 需要创建所有 segment 并加锁
                for (int j = 0; j < segments.length; ++j)
                    ensureSegment(j).lock(); // force creation
            }
            sum = 0L;
            size = 0;
            overflow = false;
            for (int j = 0; j < segments.length; ++j) {
                Segment<K,V> seg = segmentAt(segments, j);
                if (seg != null) {
       //使用modCount变量,在put、remove和clean方法里操作元素前都会将变量modCount进行加1,
                    sum += seg.modCount;
                    int c = seg.count;
                    if (c < 0 || (size += c) < 0)
                        overflow = true;
                }
            }
            if (sum == last)
                break;
            last = sum;
        }
    } finally {
        if (retries > RETRIES_BEFORE_LOCK) {
            for (int j = 0; j < segments.length; ++j)
                segmentAt(segments, j).unlock();
        }
    }
    return overflow ? Integer.MAX_VALUE : size;
}

💻JDK8中源码分析

以下源码分析为Jdk8的ConcurrentHashMap

### 🚦重要属性和内部类

// 默认为 0
// 当初始化时, 为 -1
// 当扩容时, 为 -(1 + 扩容线程数)
// 当初始化或扩容完成后,为 下一次的扩容的阈值大小
private transient volatile int sizeCtl;
// 整个 ConcurrentHashMap 就是一个 Node[]
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {}
// hash 表
transient volatile Node<K,V>[] table;
// 扩容时的 新 hash 表
private transient volatile Node<K,V>[] nextTable;
// 扩容时如果某个 bin 迁移完毕, 用 ForwardingNode 作为旧 table bin 的头结点
static final class ForwardingNode<K,V> extends Node<K,V> {}
// 用在 compute 以及 computeIfAbsent 时, 用来占位, 计算完成后替换为普通 Node
static final class ReservationNode<K,V> extends Node<K,V> {}
// 作为 treebin 的头节点, 存储 root 和 first
static final class TreeBin<K,V> extends Node<K,V> {}
// 作为 treebin 的节点, 存储 parent, left, right
static final class TreeNode<K,V> extends Node<K,V> {}

扩容时如果某个 bin 迁移完毕, 用 ForwardingNode 作为旧 table bin 的头结点

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🚥重要方法

// 获取 Node[] 中第 i 个 Node
static final <K,V> Node<K,V> tabAt(Node<K,V>[] tab, int i)
 
// cas 修改 Node[] 中第 i 个 Node 的值, c 为旧值, v 为新值
static final <K,V> boolean casTabAt(Node<K,V>[] tab, int i, Node<K,V> c, Node<K,V> v)
 
// 直接修改 Node[] 中第 i 个 Node 的值, v 为新值
static final <K,V> void setTabAt(Node<K,V>[] tab, int i, Node<K,V> v)

⚙️构造器分析

可以看到实现了懒惰初始化,在构造方法中仅仅计算了 table 的大小,以后在第一次使用时才会真正创建

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);
    // tableSizeFor 仍然是保证计算的大小是 2^n, 即 16,32,64 ... 
    int cap = (size >= (long)MAXIMUM_CAPACITY) ?
        MAXIMUM_CAPACITY : tableSizeFor((int)size);
    this.sizeCtl = cap;
}

⏳get流程

public V get(Object key) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> e, p; int n, eh; K ek;
    // spread 方法能确保返回结果是正数
    int h = spread(key.hashCode());
    if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
        (e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null) {
        // 如果头结点已经是要查找的 key
        if ((eh = e.hash) == h) {
            if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))
                return e.val;
        }
        // hash 为负数表示该 bin 在扩容中 或是 treebin, 这时调用 find 方法来查找
        else if (eh < 0)
            return (p = e.find(h, key)) != null ? p.val : null;
        // 正常遍历链表, 用 equals 比较
        while ((e = e.next) != null) {
            if (e.hash == h &&
                ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))))
                return e.val;
        }
    }
    return null;
}

### ⏳put流程

以下数组简称(table),链表简称(bin)

public V put(K key, V value) {
    return putVal(key, value, false);
}
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
    if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
    // 其中 spread 方法会综合高位低位, 具有更好的 hash 性
    int hash = spread(key.hashCode());
    int binCount = 0;
    for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
        // f 是链表头节点
        // fh 是链表头结点的 hash
        // i 是链表在 table 中的下标
        Node<K,V> f; int n, i, fh;
        // 要创建 table
        if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
            // 初始化 table 使用了 cas, 无需 synchronized 创建成功, 进入下一轮循环
            tab = initTable();
        // 要创建链表头节点
        else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
            // 添加链表头使用了 cas, 无需 synchronized
            if (casTabAt(tab, i, null,
                         new Node<K,V>(hash, key, value, null)))
                break;
        }
        // 帮忙扩容
        else if ((fh = f.hash) == MOVED)
            // 帮忙之后, 进入下一轮循环
            tab = helpTransfer(tab, f);
        else {
            V oldVal = null;
            // 锁住链表头节点
            synchronized (f) {
                // 再次确认链表头节点没有被移动
                if (tabAt(tab, i) == f) {
                    // 链表
                    if (fh >= 0) {
                        binCount = 1;
                        // 遍历链表
                        for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {
                            K ek;
                            // 找到相同的 key
                            if (e.hash == hash &&
                                ((ek = e.key) == key ||
                                 (ek != null && key.equals(ek)))) {
                                oldVal = e.val;
                                // 更新
                                if (!onlyIfAbsent)
                                    e.val = value;
                                break;
                            }
                            Node<K,V> pred = e;
                            // 已经是最后的节点了, 新增 Node, 追加至链表尾
                            if ((e = e.next) == null) {
                                pred.next = new Node<K,V>(hash, key,
                                                          value, null);
                                break;
                            }
                        }
                    }
                    // 红黑树
                    else if (f instanceof TreeBin) {
                        Node<K,V> p;
                        binCount = 2;
                        // putTreeVal 会看 key 是否已经在树中, 是, 则返回对应的 TreeNode
                        if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,
                                                              value)) != null) {
                            oldVal = p.val;
                            if (!onlyIfAbsent)
                                p.val = value;
                        }
                    }
                }
                // 释放链表头节点的锁
            }

            if (binCount != 0) { 
                if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
                    // 如果链表长度 >= 树化阈值(8), 进行链表转为红黑树
                    treeifyBin(tab, i);
                if (oldVal != null)
                    return oldVal;
                break;
            }
        }
    }
    // 增加 size 计数
    addCount(1L, binCount);
    return null;
}
private final Node<K,V>[] initTable() {
    Node<K,V>[] tab; int sc;
    while ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
        if ((sc = sizeCtl) < 0)
            Thread.yield();
        // 尝试将 sizeCtl 设置为 -1(表示初始化 table)
        else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {
            // 获得锁, 创建 table, 这时其它线程会在 while() 循环中 yield 直至 table 创建
            try {
                if ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
                    int n = (sc > 0) ? sc : DEFAULT_CAPACITY;
                    Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n];
                    table = tab = nt;
                    sc = n - (n >>> 2);
                }
            } finally {
                sizeCtl = sc;
            }
            break;
        }
    }
    return tab;
}
// check 是之前 binCount 的个数
private final void addCount(long x, int check) {
    CounterCell[] as; long b, s;
    if (
        // 已经有了 counterCells, 向 cell 累加
        (as = counterCells) != null ||
        // 还没有, 向 baseCount 累加
        !U.compareAndSwapLong(this, BASECOUNT, b = baseCount, s = b + x)
    ) {
        CounterCell a; long v; int m;
        boolean uncontended = true;
        if (
            // 还没有 counterCells
            as == null || (m = as.length - 1) < 0 ||
            // 还没有 cell
            (a = as[ThreadLocalRandom.getProbe() & m]) == null ||
            // cell cas 增加计数失败
            !(uncontended = U.compareAndSwapLong(a, CELLVALUE, v = a.value, v + x))
        ) {
            // 创建累加单元数组和cell, 累加重试
            fullAddCount(x, uncontended);
            return;
        }
        if (check <= 1)
            return;
        // 获取元素个数
        s = sumCount();
    }
    if (check >= 0) {
        Node<K,V>[] tab, nt; int n, sc;
        while (s >= (long)(sc = sizeCtl) && (tab = table) != null &&
               (n = tab.length) < MAXIMUM_CAPACITY) {
            int rs = resizeStamp(n);
            if (sc < 0) {
                if ((sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs || sc == rs + 1 ||
                    sc == rs + MAX_RESIZERS || (nt = nextTable) == null ||
                    transferIndex <= 0)
                    break;
                // newtable 已经创建了,帮忙扩容
                if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1))
                    transfer(tab, nt);
            }
            // 需要扩容,这时 newtable 未创建
            else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc,
                                         (rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2))
                transfer(tab, null);
            s = sumCount();
        }
    }
}

🧮size 计算流程

size 计算实际发生在 put,remove 改变集合元素的操作之中

  • 没有竞争发生,向 baseCount 累加计数

  • 有竞争发生,新建 counterCells,向其中的一个 cell 累加计数

    • counterCells 初始有两个 cell
    • 如果计数竞争比较激烈,会创建新的 cell 来累加计数
    public int size() {
        long n = sumCount();
        return ((n < 0L) ? 0 :
                (n > (long)Integer.MAX_VALUE) ? Integer.MAX_VALUE :
                (int)n);
    }
    final long sumCount() {
        CounterCell[] as = counterCells; CounterCell a;
        // 将 baseCount 计数与所有 cell 计数累加
        long sum = baseCount;
        if (as != null) {
            for (int i = 0; i < as.length; ++i) {
                if ((a = as[i]) != null)
                    sum += a.value;
            }
        }
        return sum;
    }
    

👩‍🏫整体分析

Java 8 数组(Node) +( 链表 Node | 红黑树 TreeNode ) 以下数组简称(table),链表简称(bin)

  • 初始化,使用 cas 来保证并发安全,懒惰初始化 table
  • 树化,当 table.length < 64 时,先尝试扩容,超过 64 时,并且 bin.length > 8 时,会将链表树化,树化过程 会用 synchronized 锁住链表头
  • put,如果该 bin 尚未创建,只需要使用 cas 创建 bin;如果已经有了,锁住链表头进行后续 put 操作,元素 添加至 bin 的尾部
  • get,无锁操作仅需要保证可见性,扩容过程中 get 操作拿到的是 ForwardingNode 它会让 get 操作在新 table 进行搜索
  • 扩容,扩容时以 bin 为单位进行,需要对 bin 进行 synchronized,但这时妙的是其它竞争线程也不是无事可 做,它们会帮助把其它 bin 进行扩容,扩容时平均只有 1/6 的节点会把复制到新 table 中
  • size,元素个数保存在 baseCount 中,并发时的个数变动保存在 CounterCell[] 当中。最后统计数量时累加 即可

🔗参考链接:

https://mp.weixin.qq.com/s/nEvxXGXLlWzCqSGngSUd1w

https://zhuanlan.zhihu.com/p/113436107#:~:text=%E5%9C%A8Concurr,%E7%A1%AC%E4%BB%B6%E7%9A%84%E5%AE%89%E5%85%A8%E6%9C%BA%E5%88%B6%E3%80%82

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