第三节ConcurrentHashMap1.7.md 9.3 KB
CAS与volatile关键字回顾
volatile
一旦一个共享变量（类的成员变量、类的静态成员变量）被volatile修饰之后，那么就具备了两层语义： 1） 保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性，即一个线程修改了某个变量的值，这新值对其他线程来说是立即可见的。 2） 禁止进行指令重排序。
CAS
CAS机制当中使用了3个基本操作数：内存地址V，旧的预期值A，要修改的新值B。更新一个变量的时候，只有当变量的预期值A和内存地址V当中的实际值相同时，才会将内存地址V对应的值修改为B。
hashtable底层实现
底层是synchronized锁实现，put和get方法不能同时实现。有可能阻塞线程。并且如果有多个线程执行put操作，会使得操作变成单线程。
实现原理
将一个大的ConcurrentHashMap集合，拆分成n多个不同的小的hashtable，在每个小的hashtable中都有自己独立的table数组。
每一个segment对象就是一个hashtable，存放的时候会计算两次index值
hashtable的个数即segment的个数不会新增，只会扩容自己独立的table
核心参数分析
- static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
segment集合的默认大小 - static final int DEFAULT_CONCURRENCY_LEVEL = 16; 并发的数量，分成segment[16]
- static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; segment的加载因子，就是table的加载因子
无参构造源码分析
public ConcurrentHashMap(int initialCapacity,
float loadFactor, int concurrencyLevel) {
if (!(loadFactor > 0) || initialCapacity < 0 || concurrencyLevel <= 0)
throw new IllegalArgumentException();
// 并发级别的最大值
if (concurrencyLevel > MAX_SEGMENTS)
concurrencyLevel = MAX_SEGMENTS;
// Find power-of-two sizes best matching arguments
// 计算出ssize2的平方的个数
int sshift = 0;
// segment数组容量
int ssize = 1;
while (ssize < concurrencyLevel) {
++sshift;
ssize <<= 1;
}
// sshift=4 ssize=16
// 计算index 右移动28位置
this.segmentShift = 32 - sshift; // 28
// 与运算均匀分布
this.segmentMask = ssize - 1; // 15
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
// c实际上就是hashtable的初始化容量
int c = initialCapacity / ssize; // 1
if (c * ssize < initialCapacity)
++c;
// hashtable默认容量为2
int cap = MIN_SEGMENT_TABLE_CAPACITY;
while (cap < c)
cap <<= 1;
// create segments and segments[0]
// 创建一个segment s0对象，放入下标为0的位置。默认大小为2，默认扩容大小为1，加载因子为0.75f
// 为什么在构造函数初始化s0？ 方便后期其他key落到不同的segment中，能够知道加载因子，和默认容量一些基本参数，就是相当于提供了一个模板
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];
// ss[0] = s0
UNSAFE.putOrderedObject(ss, SBASE, s0); // ordered write of segments[0]
this.segments = ss;
}
1.7put源码解析
@SuppressWarnings("unchecked")
public V put(K key, V value) {
Segment<K,V> s;
if (value == null)
throw new NullPointerException();
// 获取key的hash值
int hash = hash(key);
// 右移动28位
/**
* this.segmentShift = 32 - sshift; // 28
* this.segmentMask = ssize - 1; // 15
*/
int j = (hash >>> segmentShift) & segmentMask;
// s = Segment[j] == null
if ((s = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObject
(segments, (j << SSHIFT) + SBASE)) == null)
// 如果为null，则创建一个segment对象
s = ensureSegment(j);
return s.put(key, hash, value, false);
}
ensureSegment函数解析
@SuppressWarnings("unchecked")
private Segment<K,V> ensureSegment(int k) {
final Segment<K,V>[] ss = this.segments;
long u = (k << SSHIFT) + SBASE; // raw offset
Segment<K,V> seg;
// 强制读取主内存的数据
// 查询segment是否为空？，如果为空，拿到模板
if ((seg = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObjectVolatile(ss, u)) == null) {
Segment<K,V> proto = ss[0]; // use segment 0 as prototype
int cap = proto.table.length;
float lf = proto.loadFactor;
int threshold = (int)(cap * lf);
HashEntry<K,V>[] tab = (HashEntry<K,V>[])new HashEntry[cap];
if ((seg = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObjectVolatile(ss, u))
== null) { // recheck
Segment<K,V> s = new Segment<K,V>(lf, threshold, tab);
while ((seg = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObjectVolatile(ss, u))
== null) {
if (UNSAFE.compareAndSwapObject(ss, u, null, seg = s))
break;
}
}
}
return seg;
}
为什么会执行3次这个判断？ 就是为了线程安全 seg = (Segment)UNSAFE.getObjectVolatile(ss, u)) == null
第一次判断==null 获取s0默认参数信息，创建table对象HashEntry[] tab = (HashEntry[])new HashEntry[cap]; 第二个判断==null 创建Segment s = new Segment(lf, threshold, tab);对象 第三次判断==null 通过CAS操作赋值让segment[index] = ss
深度解析segment的put方法
解析return s.put(key, hash, value, false);这一句话
final V put(K key, int hash, V value, boolean onlyIfAbsent) {
HashEntry<K,V> node = tryLock() ? null :
scanAndLockForPut(key, hash, value);
V oldValue;
try {
HashEntry<K,V>[] tab = table;
// 计算hashtable的下标
int index = (tab.length - 1) & hash;
HashEntry<K,V> first = entryAt(tab, index);
for (HashEntry<K,V> e = first;;) {
if (e != null) {
K k;
// 是链表，找到要存放的位置
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 {
// node节点为null
if (node != null)
node.setNext(first);
else
// 头插法
node = new HashEntry<K,V>(hash, key, value, first);
// 判断是否扩容
int c = count + 1;
if (c > threshold && tab.length < MAXIMUM_CAPACITY)
rehash(node);
else
// 赋值
setEntryAt(tab, index, node);
++modCount;
count = c;
oldValue = null;
break;
}
}
} finally {
unlock();
}
return oldValue;
}
误区：ConcurrentHashMap不会造成阻塞？ 如果有16个线程，16个key，正好落到不同segment位置的情况不会阻塞 但是相同的key会导致线程阻塞
因为put方法底层使用了lock锁，调用trylock方法（该方法常用在自旋操作中），他与lock方法不同的地方是没有获取到锁的地方不会阻塞，返回false
put方法没有抢到锁
private HashEntry<K,V> scanAndLockForPut(K key, int hash, V value) {
// 找到链表的位置
HashEntry<K,V> first = entryForHash(this, hash);
HashEntry<K,V> e = first;
HashEntry<K,V> node = null;
int retries = -1; // negative while locating node
while (!tryLock()) {
HashEntry<K,V> f; // to recheck first below
if (retries < 0) {
// 假设当前e不为空
if (e == null) {
if (node == null) // speculatively create node
node = new HashEntry<K,V>(hash, key, value, null);
retries = 0;
}
else if (key.equals(e.key))
retries = 0;
else
e = e.next;
}
// 重试获取所得状态，如果超过最大次数，则阻塞等待
else if (++retries > MAX_SCAN_RETRIES) {
lock();
break;
}
// 重新拿到它的链表
// 需要注意这行代码，不单单是保证线程的时刻更新，也将死循环的时候最大限度利用CPU资源，形成cache，为后续的插入操作做准备
else if ((retries & 1) == 0 &&
(f = entryForHash(this, hash)) != first) {
e = first = f; // re-traverse if entry changed
retries = -1;
}
}
return node;
}
ConcurrentHashMap底层实现原理
- 有多个不同的segment对象组成
- lock锁
- UNSAFE查询内存最新的数据
- 使用cas做修改