## 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

![image-20211109155715277](assets/image-20211109155715277.png)
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

1. static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;  
segment集合的默认大小
2. static final int DEFAULT_CONCURRENCY_LEVEL = 16;
并发的数量，分成segment[16]
3. 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

```java
    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

```java
    @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
```java
    @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<K,V>)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<K,V>[] tab = (HashEntry<K,V>[])new HashEntry[cap];
第二个判断 == null
创建Segment<K,V> s = new Segment<K,V>(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

```java
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

```java
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

1. 有多个不同的segment对象组成
2. lock锁
3. UNSAFE查询内存最新的数据
4. 使用cas做修改