ConcurrentHashMap

1.sizeCtl

  • 等于0时,表示数组还没有进行初始化(即数组为null)
  • 大于0时,如果数组还没有进行初始化,表示数组的长度,如果数组已经完成初始化,表示扩容的阈值
  • 小于0时,如果为-1,表示正在数组初始化,否则设该值x = - (1 + n) 那么有n个线程在协助扩容

2.initTable

  • 如果table==null ,再判断sizeCtl是否为-1,如果是则调用Thread.yeild()重新回到就绪态
  • 否则通过cas将sizeCtl设置为-1,并初始化数组,将sc设为扩容阈值
private final Node<K,V>[] initTable() {
    Node<K,V>[] tab; int sc;
    while ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
        // 如果 sizeCtl < 0 ,说明另外的线程执行CAS 成功,正在进行初始化。
        if ((sc = sizeCtl) < 0)
            // 让出 CPU 使用权
            Thread.yield(); // lost initialization race; just spin
        else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {
            try {
                if ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
                    int n = (sc > 0) ? sc : DEFAULT_CAPACITY;
                    @SuppressWarnings("unchecked")
                    Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n];
                    table = tab = nt;
                    sc = n - (n >>> 2);
                }
            } finally {
                sizeCtl = sc;
            }
            break;
        }
    }
    return tab;
}

3. putVal()

  • key == null || value == null 抛出异常
  • 数组没有进行初始化,则进行初始化
  • 如果对应桶没有存放元素,使用cas来new一个Node,并赋新值
  • 如果桶中第一个元素的hash值为-1,表示正在扩容,当前线程回去协助扩容
  • 否则对桶中的第一个元素作为synchronized对象锁.
    判断如果是链表(元素哈希值大于0),则遍历链表,如果遇到f的hash值相等,且使用==判断相等的元素或equals等,则替换value,并break.否则该元素是新的,则向最后插入.
    如果是红黑树则调用红黑树的插入方法.
  • 判断是否需要将链表转为红黑树
  • 调用addCount处理当前Node的个数和是否需要扩容
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;
        for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
            Node<K,V> f; int n, i, fh;
            if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
                tab = initTable();
            else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
                if (casTabAt(tab, i, null,
                             new Node<K,V>(hash, key, value, null)))
                    break;                   // no lock when adding to empty bin
            }
            else if ((fh = f.hash) == MOVED)
                tab = helpTransfer(tab, f);
            else {
                V oldVal = null;
                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;
    }

4. 计算元素个数count

  • 每个线程有一个随机值,类似与hashCode
  • 数组如果为空,设置cellsBusy=0,new一个长度为2的数据,new里面的Cell对象
  • 如果数组为空,判断数组是否在被创建(cellsBusy=1),这时另一个线程来了,数组为空,且busy,那么使用cas加baseCount,加成功则结束
  • 数组不为空,判断哈希值&(len-1)对应的位置有没有对象,没有则创建CounterCell对象,参数即为传入的1。如果成功cas将忙由0改为1,那么会将数组中的对应位置赋值
  • 如果有对象,则cas加1,如果cas失败,将会触发扩容为2倍,如果数组长度大于等于cpu核数,如果不能继续扩容了,换个位置加。
private final void fullAddCount(long x, boolean wasUncontended) {
        int h;
        if ((h = ThreadLocalRandom.getProbe()) == 0) {
            ThreadLocalRandom.localInit();      // force initialization
            h = ThreadLocalRandom.getProbe();
            wasUncontended = true;
        }
        boolean collide = false;                // True if last slot nonempty
        for (;;) {
            CounterCell[] as; CounterCell a; int n; long v;
            if ((as = counterCells) != null && (n = as.length) > 0) {
                if ((a = as[(n - 1) & h]) == null) {
                    if (cellsBusy == 0) {            // Try to attach new Cell
                        CounterCell r = new CounterCell(x); // Optimistic create
                        if (cellsBusy == 0 &&
                            U.compareAndSwapInt(this, CELLSBUSY, 0, 1)) {
                            boolean created = false;
                            try {               // Recheck under lock
                                CounterCell[] rs; int m, j;
                                if ((rs = counterCells) != null &&
                                    (m = rs.length) > 0 &&
                                    rs[j = (m - 1) & h] == null) {
                                    rs[j] = r;
                                    created = true;
                                }
                            } finally {
                                cellsBusy = 0;
                            }
                            if (created)
                                break;
                            continue;           // Slot is now non-empty
                        }
                    }
                    collide = false;
                }
                else if (!wasUncontended)       // CAS already known to fail
                    wasUncontended = true;      // Continue after rehash
                else if (U.compareAndSwapLong(a, CELLVALUE, v = a.value, v + x))
                    break;
                else if (counterCells != as || n >= NCPU)
                    collide = false;            // At max size or stale
                else if (!collide)
                    collide = true;
                else if (cellsBusy == 0 &&
                         U.compareAndSwapInt(this, CELLSBUSY, 0, 1)) {
                    try {
                        if (counterCells == as) {// Expand table unless stale
                            CounterCell[] rs = new CounterCell[n << 1];
                            for (int i = 0; i < n; ++i)
                                rs[i] = as[i];
                            counterCells = rs;
                        }
                    } finally {
                        cellsBusy = 0;
                    }
                    collide = false;
                    continue;                   // Retry with expanded table
                }
                h = ThreadLocalRandom.advanceProbe(h);
            }
            else if (cellsBusy == 0 && counterCells == as &&
                     U.compareAndSwapInt(this, CELLSBUSY, 0, 1)) {
                boolean init = false;
                try {                           // Initialize table
                    if (counterCells == as) {
                        CounterCell[] rs = new CounterCell[2];
                        rs[h & 1] = new CounterCell(x);
                        counterCells = rs;
                        init = true;
                    }
                } finally {
                    cellsBusy = 0;
                }
                if (init)
                    break;
            }
            else if (U.compareAndSwapLong(this, BASECOUNT, v = baseCount, v + x))
                break;                          // Fall back on using base
        }
    }

5. transfer

  • 判断每个线程负责多少个桶,如果单核cpu,负责所有桶.否则计算原数组长度len/(8*cpu核数),如果小于16,则为16,否则为该值
  • 一个线程负责这些桶,如果做完了,继续做,做之前让sizectl+1,做完了让sizectl-1,最后判断两个相等则结束.
  • 一个线程对一个桶迁移时,会使用桶的第一个元素加锁,第一次遍历会找到链表末尾,对于hash后还在原来index的连续的末尾的元素,直接放到新数组的位置,其余的复制到两个对应位置.
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