关于java:为什么-ConcurrentHashMap-的读操作不需要加锁

作者：上帝爱吃苹果\
地址：www.cnblogs.com/keeya/p/9632958.html

咱们晓得，ConcurrentHashmap(1.8)这个并发汇合框架是线程平安的，当你看到源码的get操作时，会发现get操作全程是没有加任何锁的，这也是这篇博文探讨的问题——为什么它不须要加锁呢？

ConcurrentHashMap的简介

我想有根底的同学晓得在jdk1.7中是采纳Segment + HashEntry + ReentrantLock的形式进行实现的，而1.8中放弃了Segment臃肿的设计，取而代之的是采纳Node + CAS + Synchronized来保障并发平安进行实现。

• JDK1.8的实现升高锁的粒度，JDK1.7版本锁的粒度是基于Segment的，蕴含多个HashEntry，而JDK1.8锁的粒度就是HashEntry（首节点）
• JDK1.8版本的数据结构变得更加简略，使得操作也更加清晰晦涩，因为曾经应用synchronized来进行同步，所以不须要分段锁的概念，也就不须要Segment这种数据结构了，因为粒度的升高，实现的复杂度也减少了
• JDK1.8应用红黑树来优化链表，基于长度很长的链表的遍历是一个很漫长的过程，而红黑树的遍历效率是很快的，代替肯定阈值的链表，这样造成一个最佳拍档

get操作源码

1. 首先计算hash值，定位到该table索引地位，如果是首节点合乎就返回
2. 如果遇到扩容的时候，会调用标记正在扩容节点ForwardingNode的find办法，查找该节点，匹配就返回
3. 以上都不合乎的话，就往下遍历节点，匹配就返回，否则最初就返回null

//会发现源码中没有一处加了锁
public V get(Object key) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> e, p; int n, eh; K ek;
    int h = spread(key.hashCode()); //计算hash
    if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
        (e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null) {//读取首节点的Node元素
        if ((eh = e.hash) == h) { //如果该节点就是首节点就返回
            if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))
                return e.val;
        }
        //hash值为负值示意正在扩容，这个时候查的是ForwardingNode的find办法来定位到nextTable来
        //eh=-1，阐明该节点是一个ForwardingNode，正在迁徙，此时调用ForwardingNode的find办法去nextTable里找。
        //eh=-2，阐明该节点是一个TreeBin，此时调用TreeBin的find办法遍历红黑树，因为红黑树有可能正在旋转变色，所以find里会有读写锁。
        //eh>=0，阐明该节点下挂的是一个链表，间接遍历该链表即可。
        else if (eh < 0)
            return (p = e.find(h, key)) != null ? p.val : null;
        while ((e = e.next) != null) {//既不是首节点也不是ForwardingNode，那就往下遍历
            if (e.hash == h &&
                ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))))
                return e.val;
        }
    }
    return null;
}

get没有加锁的话，ConcurrentHashMap是如何保障读到的数据不是脏数据的呢?

volatile退场

对于可见性，Java提供了volatile关键字来保障可见性、有序性。但不保障原子性。

一般的共享变量不能保障可见性，因为一般共享变量被批改之后，什么时候被写入主存是不确定的，当其余线程去读取时，此时内存中可能还是原来的旧值，因而无奈保障可见性。

• volatile关键字对于根本类型的批改能够在随后对多个线程的读保持一致，然而对于援用类型如数组，实体bean，仅仅保障援用的可见性，但并不保障援用内容的可见性。。
• 禁止进行指令重排序。

背景：为了进步处理速度，处理器不间接和内存进行通信，而是先将零碎内存的数据读到外部缓存（L1，L2或其余）后再进行操作，但操作完不晓得何时会写到内存。

• 如果对申明了volatile的变量进行写操作，JVM就会向处理器发送一条指令，将这个变量所在缓存行的数据写回到零碎内存。然而，就算写回到内存，如果其余处理器缓存的值还是旧的，再执行计算操作就会有问题。
• 在多处理器下，为了保障各个处理器的缓存是统一的，就会实现缓存一致性协定，当某个CPU在写数据时，如果发现操作的变量是共享变量，则会告诉其余CPU告知该变量的缓存行是有效的，因而其余CPU在读取该变量时，发现其有效会从新从主存中加载数据。

总结下来：

• 第一：应用volatile关键字会强制将批改的值立刻写入主存；
• 第二：应用volatile关键字的话，当线程2进行批改时，会导致线程1的工作内存中缓存变量的缓存行有效（反映到硬件层的话，就是CPU的L1或者L2缓存中对应的缓存行有效）；
• 第三：因为线程1的工作内存中缓存变量的缓存行有效，所以线程1再次读取变量的值时会去主存读取。

是加在数组上的volatile吗？

/**
 * The array of bins. Lazily initialized upon first insertion.
 * Size is always a power of two. Accessed directly by iterators.
 */
transient volatile Node<K,V>[] table;

咱们晓得volatile能够润饰数组的，只是意思和它外表上看起来的样子不同。举个栗子，volatile int array[10]是指array的地址是volatile的而不是数组元素的值是volatile的。

用volatile润饰的Node

get操作能够无锁是因为Node的元素val和指针next是用volatile润饰的，在多线程环境下线程A批改结点的val或者新增节点的时候是对线程B可见的。

static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
    final int hash;
    final K key;
    //能够看到这些都用了volatile润饰
    volatile V val;
    volatile Node<K,V> next;

    Node(int hash, K key, V val, Node<K,V> next) {
        this.hash = hash;
        this.key = key;
        this.val = val;
        this.next = next;
    }

    public final K getKey()       { return key; }
    public final V getValue()     { return val; }
    public final int hashCode()   { return key.hashCode() ^ val.hashCode(); }
    public final String toString(){ return key + "=" + val; }
    public final V setValue(V value) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

    public final boolean equals(Object o) {
        Object k, v, u; Map.Entry<?,?> e;
        return ((o instanceof Map.Entry) &&
                (k = (e = (Map.Entry<?,?>)o).getKey()) != null &&
                (v = e.getValue()) != null &&
                (k == key || k.equals(key)) &&
                (v == (u = val) || v.equals(u)));
    }

    /**
     * Virtualized support for map.get(); overridden in subclasses.
     */
    Node<K,V> find(int h, Object k) {
        Node<K,V> e = this;
        if (k != null) {
            do {
                K ek;
                if (e.hash == h &&
                    ((ek = e.key) == k || (ek != null && k.equals(ek))))
                    return e;
            } while ((e = e.next) != null);
        }
        return null;
    }
}

既然volatile润饰数组对get操作没有成果那加在数组上的volatile的目标是什么呢？

其实就是为了使得Node数组在扩容的时候对其余线程具备可见性而加的volatile

总结

• 在1.8中ConcurrentHashMap的get操作全程不须要加锁，这也是它比其余并发汇合比方hashtable、用Collections.synchronizedMap()包装的hashmap;平安效率高的起因之一。
• get操作全程不须要加锁是因为Node的成员val是用volatile润饰的和数组用volatile润饰没有关系。
• 数组用volatile润饰次要是保障在数组扩容的时候保障可见性。

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