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前記，從這篇文章開(kāi)始我們換一種學(xué)習(xí)的方式，彤哥先拋出問(wèn)題，大家嘗試著在腦海中回答這些問(wèn)題，然后再進(jìn)入我們的源碼分析過(guò)程，最后彤哥再挑幾個(gè)問(wèn)題回答。
開(kāi)篇問(wèn)題
（1）ConcurrentHashMap與HashMap的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是否一樣？
（2）HashMap在多線(xiàn)程環(huán)境下何時(shí)會(huì)出現(xiàn)并發(fā)安全問(wèn)題？
（3）ConcurrentHashMap是怎么解決并發(fā)安全問(wèn)題的？
（4）ConcurrentHashMap使用了哪些鎖？
（5）ConcurrentHashMap的擴(kuò)容是怎么進(jìn)行的？
（6）ConcurrentHashMap是否是強(qiáng)一致性的？
（7）ConcurrentHashMap不能解決哪些問(wèn)題？
（8）ConcurrentHashMap中有哪些不常見(jiàn)的技術(shù)值得學(xué)習(xí)？
簡(jiǎn)介
ConcurrentHashMap是HashMap的線(xiàn)程安全版本，內(nèi)部也是使用（數(shù)組 + 鏈表 + 紅黑樹(shù)）的結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)元素。
相比于同樣線(xiàn)程安全的HashTable來(lái)說(shuō)，效率等各方面都有極大地提高。
各種鎖簡(jiǎn)介
這里先簡(jiǎn)單介紹一下各種鎖，以便下文講到相關(guān)概念時(shí)能有個(gè)印象。
（1）synchronized
java中的關(guān)鍵字，內(nèi)部實(shí)現(xiàn)為監(jiān)視器鎖，主要是通過(guò)對(duì)象監(jiān)視器在對(duì)象頭中的字段來(lái)表明的。
synchronized從舊版本到現(xiàn)在已經(jīng)做了很多優(yōu)化了，在運(yùn)行時(shí)會(huì)有三種存在方式：偏向鎖，輕量級(jí)鎖，重量級(jí)鎖。
偏向鎖，是指一段同步代碼一直被一個(gè)線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)，那么這個(gè)線(xiàn)程會(huì)自動(dòng)獲取鎖，降低獲取鎖的代價(jià)。
輕量級(jí)鎖，是指當(dāng)鎖是偏向鎖時(shí)，被另一個(gè)線(xiàn)程所訪(fǎng)問(wèn)，偏向鎖會(huì)升級(jí)為輕量級(jí)鎖，這個(gè)線(xiàn)程會(huì)通過(guò)自旋的方式嘗試獲取鎖，不會(huì)阻塞，提高性能。
重量級(jí)鎖，是指當(dāng)鎖是輕量級(jí)鎖時(shí)，當(dāng)自旋的線(xiàn)程自旋了一定的次數(shù)后，還沒(méi)有獲取到鎖，就會(huì)進(jìn)入阻塞狀態(tài)，該鎖升級(jí)為重量級(jí)鎖，重量級(jí)鎖會(huì)使其他線(xiàn)程阻塞，性能降低。
（2）CAS
CAS，Compare And Swap，它是一種樂(lè)觀(guān)鎖，認(rèn)為對(duì)于同一個(gè)數(shù)據(jù)的并發(fā)操作不一定會(huì)發(fā)生修改，在更新數(shù)據(jù)的時(shí)候，嘗試去更新數(shù)據(jù)，如果失敗就不斷嘗試。
（3）volatile（非鎖）
java中的關(guān)鍵字，當(dāng)多個(gè)線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)同一個(gè)變量時(shí)，一個(gè)線(xiàn)程修改了這個(gè)變量的值，其他線(xiàn)程能夠立即看得到修改的值。（這里牽涉到j(luò)ava內(nèi)存模型的知識(shí)，感興趣的同學(xué)可以自己查查相關(guān)資料）
volatile只保證可見(jiàn)性，不保證原子性，比如 volatile修改的變量 i，針對(duì)i++操作，不保證每次結(jié)果都正確，因?yàn)閕++操作是兩步操作，相當(dāng)于 i = i +1，先讀取，再加1，這種情況volatile是無(wú)法保證的。
（4）自旋鎖
自旋鎖，是指嘗試獲取鎖的線(xiàn)程不會(huì)阻塞，而是循環(huán)的方式不斷嘗試，這樣的好處是減少線(xiàn)程的上下文切換帶來(lái)的開(kāi)鎖，提高性能，缺點(diǎn)是循環(huán)會(huì)消耗CPU。
（5）分段鎖
分段鎖，是一種鎖的設(shè)計(jì)思路，它細(xì)化了鎖的粒度，主要運(yùn)用在ConcurrentHashMap中，實(shí)現(xiàn)高效的并發(fā)操作，當(dāng)操作不需要更新整個(gè)數(shù)組時(shí)，就只鎖數(shù)組中的一項(xiàng)就可以了。
（5）ReentrantLock
可重入鎖，是指一個(gè)線(xiàn)程獲取鎖之后再?lài)L試獲取鎖時(shí)會(huì)自動(dòng)獲取鎖，可重入鎖的優(yōu)點(diǎn)是避免死鎖。
其實(shí)，synchronized也是可重入鎖。
源碼分析
構(gòu)造方法
public ConcurrentHashMap() {
}
public ConcurrentHashMap(int initialCapacity) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException();
int cap = ((initialCapacity >= (MAXIMUM_CAPACITY >>> 1)) ?
MAXIMUM_CAPACITY :
tableSizeFor(initialCapacity + (initialCapacity >>> 1) + 1));
this.sizeCtl = cap;
}
public ConcurrentHashMap(Map m) {
this.sizeCtl = DEFAULT_CAPACITY;
putAll(m);
}
public ConcurrentHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
this(initialCapacity, loadFactor, 1);
}
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);
int cap = (size >= (long)MAXIMUM_CAPACITY) ?
MAXIMUM_CAPACITY : tableSizeFor((int)size);
this.sizeCtl = cap;
}構(gòu)造方法與HashMap對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有了HashMap中的threshold和loadFactor，而是改用了sizeCtl來(lái)控制，而且只存儲(chǔ)了容量在里面，那么它是怎么用的呢？官方給出的解釋如下：
（1）-1，表示有線(xiàn)程正在進(jìn)行初始化操作
（2）-(1 + nThreads)，表示有n個(gè)線(xiàn)程正在一起擴(kuò)容
（3）0，默認(rèn)值，后續(xù)在真正初始化的時(shí)候使用默認(rèn)容量
（4）> 0，初始化或擴(kuò)容完成后下一次的擴(kuò)容門(mén)檻
至于，官方這個(gè)解釋對(duì)不對(duì)我們后面再討論。
添加元素
public V put(K key, V value) {
return putVal(key, value, false);
}
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
// key和value都不能為null
if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
// 計(jì)算hash值
int hash = spread(key.hashCode());
// 要插入的元素所在桶的元素個(gè)數(shù)
int binCount = 0;
// 死循環(huán)，結(jié)合CAS使用（如果CAS失敗，則會(huì)重新取整個(gè)桶進(jìn)行下面的流程）
for (Node[] tab = table;;) {
Node f; int n, i, fh;
if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
// 如果桶未初始化或者桶個(gè)數(shù)為0，則初始化桶
tab = initTable();
else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
// 如果要插入的元素所在的桶還沒(méi)有元素，則把這個(gè)元素插入到這個(gè)桶中
if (casTabAt(tab, i, null,
new Node(hash, key, value, null)))
// 如果使用CAS插入元素時(shí)，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)有元素了，則進(jìn)入下一次循環(huán)，重新操作
// 如果使用CAS插入元素成功，則break跳出循環(huán)，流程結(jié)束
break; // no lock when adding to empty bin
}
else if ((fh = f.hash) == MOVED)
// 如果要插入的元素所在的桶的第一個(gè)元素的hash是MOVED，則當(dāng)前線(xiàn)程幫忙一起遷移元素
tab = helpTransfer(tab, f);
else {
// 如果這個(gè)桶不為空且不在遷移元素，則鎖住這個(gè)桶（分段鎖）
// 并查找要插入的元素是否在這個(gè)桶中
// 存在，則替換值（onlyIfAbsent=false）
// 不存在，則插入到鏈表結(jié)尾或插入樹(shù)中
V oldVal = null;
synchronized (f) {
// 再次檢測(cè)第一個(gè)元素是否有變化，如果有變化則進(jìn)入下一次循環(huán)，從頭來(lái)過(guò)
if (tabAt(tab, i) == f) {
// 如果第一個(gè)元素的hash值大于等于0（說(shuō)明不是在遷移，也不是樹(shù)）
// 那就是桶中的元素使用的是鏈表方式存儲(chǔ)
if (fh >= 0) {
// 桶中元素個(gè)數(shù)賦值為1
binCount = 1;
// 遍歷整個(gè)桶，每次結(jié)束binCount加1
for (Node e = f;; ++binCount) {
K ek;
if (e.hash == hash &&
((ek = e.key) == key ||
(ek != null && key.equals(ek)))) {
// 如果找到了這個(gè)元素，則賦值了新值（onlyIfAbsent=false）
// 并退出循環(huán)
oldVal = e.val;
if (!onlyIfAbsent)
e.val = value;
break;
}
Node pred = e;
if ((e = e.next) == null) {
// 如果到鏈表尾部還沒(méi)有找到元素
// 就把它插入到鏈表結(jié)尾并退出循環(huán)
pred.next = new Node(hash, key,
value, null);
break;
}
}
}
else if (f instanceof TreeBin) {
// 如果第一個(gè)元素是樹(shù)節(jié)點(diǎn)
Node p;
// 桶中元素個(gè)數(shù)賦值為2
binCount = 2;
// 調(diào)用紅黑樹(shù)的插入方法插入元素
// 如果成功插入則返回null
// 否則返回尋找到的節(jié)點(diǎn)
if ((p = ((TreeBin)f).putTreeVal(hash, key,
value)) != null) {
// 如果找到了這個(gè)元素，則賦值了新值（onlyIfAbsent=false）
// 并退出循環(huán)
oldVal = p.val;
if (!onlyIfAbsent)
p.val = value;
}
}
}
}
// 如果binCount不為0，說(shuō)明成功插入了元素或者尋找到了元素
if (binCount != 0) {
// 如果鏈表元素個(gè)數(shù)達(dá)到了8，則嘗試樹(shù)化
// 因?yàn)樯厦姘言夭迦氲綐?shù)中時(shí)，binCount只賦值了2，并沒(méi)有計(jì)算整個(gè)樹(shù)中元素的個(gè)數(shù)
// 所以不會(huì)重復(fù)樹(shù)化
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
treeifyBin(tab, i);
// 如果要插入的元素已經(jīng)存在，則返回舊值
if (oldVal != null)
return oldVal;
// 退出外層大循環(huán)，流程結(jié)束
break;
}
}
}
// 成功插入元素，元素個(gè)數(shù)加1（是否要擴(kuò)容在這個(gè)里面）
addCount(1L, binCount);
// 成功插入元素返回null
return null;
} 整體流程跟HashMap比較類(lèi)似，大致是以下幾步：
（1）如果桶數(shù)組未初始化，則初始化；
（2）如果待插入的元素所在的桶為空，則嘗試把此元素直接插入到桶的第一個(gè)位置；
（3）如果正在擴(kuò)容，則當(dāng)前線(xiàn)程一起加入到擴(kuò)容的過(guò)程中；
（4）如果待插入的元素所在的桶不為空且不在遷移元素，則鎖住這個(gè)桶（分段鎖）；
（5）如果當(dāng)前桶中元素以鏈表方式存儲(chǔ)，則在鏈表中尋找該元素或者插入元素；
（6）如果當(dāng)前桶中元素以紅黑樹(shù)方式存儲(chǔ)，則在紅黑樹(shù)中尋找該元素或者插入元素；
（7）如果元素存在，則返回舊值；
（8）如果元素不存在，整個(gè)Map的元素個(gè)數(shù)加1，并檢查是否需要擴(kuò)容；
添加元素操作中使用的鎖主要有（自旋鎖 + CAS + synchronized + 分段鎖）。
為什么使用synchronized而不是ReentrantLock？
因?yàn)閟ynchronized已經(jīng)得到了極大地優(yōu)化，在特定情況下并不比ReentrantLock差。
未完待續(xù)~~
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網(wǎng)頁(yè)題目：死磕java集合之ConcurrentHashMap源碼分析（一）-創(chuàng)新互聯(lián)
路徑分享：http://www.ef60e0e.cn/article/dgjche.html
