ConcurrentHashMap

释放双眼,带上耳机,听听看~!

在我们介绍的这么多集合类中只有Hashtable、Stack、Vector这3个集合类是线程安全的,也就是我们不需要添加额外的代码就可以在多线程环境中使用。当然我们也可以通过添加额外的代码使一个非线程安全的集合类,变成线程安全的。主要的方式有两种。

  • 直接使用synchronized同步关键字。
  • 别一种是调用Collections类的synchronizedMap方法

下面代码将创建一个线程安全的HashMap集合

Map<String, String> hashMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap<String, String>());

实际上在我们进行多线程开发时,如果需要使用集合时一般不会采用上述的实现方式。而是直接使用一种新的集合实现我们的逻辑,也就是我们今天要分享的ConcurrentHashMap集合。顾名思义这个集合的特性就是保证线程安全的,除此之外,ConcurrentHashMap集合的底层实现还考虑了对性能的优化。

那我们废话不多说,我们直接分析ConcurrentHashMap集合的底层源码。首先还是看一下ConcurrentHashMap集合的初始化代码。

public ConcurrentHashMap() {
}

ConcurrentHashMap集合的无参构造方法只是定义了一个空方法并没有任何实现。在一点和其它集合类的初始化有很大的不同。由于ConcurrentHashMap集合的特性是保证线程安全的。并且我们知道如果在使用集合时发生线程安全问题,那么十有八九的原因是发生在添加元素和删除元素时的。也就是集合中的对应的put方法和remove方法。所以接下来我们的重点就是详细分析ConcurrentHashMap集合中的put方法和remove方法的底层实现。

  • put
public V put(K key, V value) {
    return putVal(key, value, false);
}
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
    // 这一点和HashMap不同在HashMap中是可以将null做为key和value保存到集合中的而在ConcurrentHashMap集合中都不允许这一点倒是和Hashtable集合一样
    if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
    int hash = spread(key.hashCode()); // 计算key的hashCode
    int binCount = 0;
    for (Node<K,V>[] tab = table;;) { // 循环遍历底层数组
        Node<K,V> f; int n, i, fh;
        if (tab == null || (n = tab.length) == 0) // 如果数组为空说明是第一次调用put方法
            tab = initTable(); // 初始化底层数组只有集合为空时才会执行初始化
        else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
            if (casTabAt(tab, i, null,
                         new Node<K,V>(hash, key, value, null))) // 通过CAS无锁算法创建新的节点 该方法为native方法我们无法查看它的源码
                break;                  
        }
        else if ((fh = f.hash) == MOVED)
            tab = helpTransfer(tab, f);
        else {
            // 如果代码执行到这里说明底层数组对应的索引位置已经存储了元素,所以要通过遍历链表来确认新元素保存到哪里了
            V oldVal = null;
            // 因为在处理链表时可能会有多个线程同时操作,所以这里添加了同步。这里要特别注意一下只有多个线程同是操作的是链表时才会加锁,而在Hashtable中而不是这样处理的它是将整个集合添加了锁,这也就是ConcurrentHashMap集合对多线程优化的具体提现,也就是分段加锁
            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;
            }
        }
    }
    addCount(1L, binCount);
    return null;
}
  • remove
public V remove(Object key) {
    return replaceNode(key, null, null);
}
final V replaceNode(Object key, V value, Object cv) {
    int hash = spread(key.hashCode()); // 同样要计算key的hashCode
    for (Node<K,V>[] tab = table;;) { // 循环遍历底层数组直到找到和参数key相同的元素
        Node<K,V> f; int n, i, fh;
        if (tab == null || (n = tab.length) == 0 ||
            (f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) // 如果key对应的数组索引位置为空说明当前数组索引中没有保存任何元素,直接退出循环
            break;
        else if ((fh = f.hash) == MOVED)
            tab = helpTransfer(tab, f);
        else {
            V oldVal = null;
            boolean validated = false;
            // 这里同步的原因和put方法是一样的也是因为要遍历链表中的元素了,并且删除对应的元素时,还要更改当前元素的前驱节点和后继节点 所以为了避免多个线程同时删除链表中的元素于是添加了同步
            synchronized (f) {
                if (tabAt(tab, i) == f) {
                    if (fh >= 0) {
                        validated = true;
                        for (Node<K,V> e = f, pred = null;;) {
                            K ek;
                            if (e.hash == hash &&
                                ((ek = e.key) == key ||
                                 (ek != null && key.equals(ek)))) {
                                V ev = e.val;
                                if (cv == null || cv == ev ||
                                    (ev != null && cv.equals(ev))) {
                                    oldVal = ev;
                                    if (value != null)
                                        e.val = value;
                                    else if (pred != null)
                                        pred.next = e.next;
                                    else
                                        setTabAt(tab, i, e.next);
                                }
                                break;
                            }
                            pred = e;
                            if ((e = e.next) == null)
                                break;
                        }
                    }
                    else if (f instanceof TreeBin) {
                        validated = true;
                        TreeBin<K,V> t = (TreeBin<K,V>)f;
                        TreeNode<K,V> r, p;
                        if ((r = t.root) != null &&
                            (p = r.findTreeNode(hash, key, null)) != null) {
                            V pv = p.val;
                            if (cv == null || cv == pv ||
                                (pv != null && cv.equals(pv))) {
                                oldVal = pv;
                                if (value != null)
                                    p.val = value;
                                else if (t.removeTreeNode(p))
                                    setTabAt(tab, i, untreeify(t.first));
                            }
                        }
                    }
                }
            }
            if (validated) {
                if (oldVal != null) {
                    if (value == null)
                        addCount(-1L, -1);
                    return oldVal;
                }
                break;
            }
        }
    }
    return null;
}
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