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关于java:Java8ConcurrentHashMap部分源码

相较于 java7 中的 ConcurrentHashMap,java8 的实现有了较大的改变。不同于 java7 中采纳 segment+HashEntry 数组 + 链表 构造,其采纳了 Node+ 链表 + 红黑树 构造。并应用了 Synchronized+CAS 来管制并发

put 办法

public V put(K key, V value) {return putVal(key, value, false);
}
 
 
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
    int hash = spread(key.hashCode());
    // 记录链表长度
    int binCount = 0;
    // 进行自旋
    for (Node<K,V>[] tab = table; ; ) {
        // 留神这些变量所代表的含意
        Node<K,V> f; int n, i, fh; K fk; V fv;
        // 数组为空的状况下,进行初始化
        if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
            // 初始化数组
            tab = initTable();
        // 找到 hash 值对应下标的的第一个节点 
        else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
            // 应用 CAS,尝试将 node 放入。如果数组该地位是空的,那么第一次就会胜利。放入后 break 即可
            // 如果 CAS 失败,则阐明有并发。持续循环进行下次操作
            if (casTabAt(tab, i, null, new Node<K,V>(hash, key, value)))
                break;                   // no lock when adding to empty bin
        }
        // 这个节点正处于扩容状态
        else if ((fh = f.hash) == MOVED)
            tab = helpTransfer(tab, f);
        // 如果 onlyIfAbsent 为 true,判断以后存在的节点和 put 的值是否雷同并返回
        else if (onlyIfAbsent // check first node without acquiring lock
                 && fh == hash
                 && ((fk = f.key) == key || (fk != null && key.equals(fk)))
                 && (fv = f.val) != null)
            return fv;
        else {
            // 此时 f 为头节点并且不为空
            V oldVal = null;
            // 获取监视器锁
            synchronized (f) {if (tabAt(tab, i) == f) {
                    // fh>=0,阐明是链表
                    if (fh >= 0) {
                        // binCount 用来记录链表长度
                        binCount = 1;
                        // 遍历链表
                        for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {
                            K ek;
                            // 如果找到了对应的 key,通过 onlyIfAbsent 判断是否进行 valuie 笼罩
                            // 之后就可 break 了
                            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;
                            // 没找到对应的 key,就将新的 node 置于链表尾部
                            if ((e = e.next) == null) {pred.next = new Node<K,V>(hash, key, value);
                                break;
                            }
                        }
                    }
                    // 红黑树
                    else if (f instanceof TreeBin) {
                        Node<K,V> p;
                        binCount = 2;
                        // 应用红黑树的 putTreeVal 办法
                        if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,
                                                              value)) != null) {
                            oldVal = p.val;
                            if (!onlyIfAbsent)
                                p.val = value;
                        }
                    }
                    // ReservationNode 是外部办法应用的节点,可疏忽
                    else if (f instanceof ReservationNode)
                        throw new IllegalStateException("Recursive update");
                }
            }
            
            if (binCount != 0) {
                // 判断是否将链表转换为红黑树
                if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
                    // 此办法不肯定会进行红黑树的转换
                    // 如果数组长度大于 64,会抉择进行数组扩容。treeifyBin(tab, i);
                if (oldVal != null)
                    return oldVal;
                break;
            }
        }
    }
    addCount(1L, binCount);
    return null;
}
 

初始化数组 initTable()

private final Node<K,V>[] initTable() {Node<K,V>[] tab; int sc;
    while ((tab = table) == null || tab.length == 0) {if ((sc = sizeCtl) < 0)
            // 到此阐明有其余线程也在尝试初始化
            Thread.yield(); // lost initialization race; just spin
        // CAS 将 sizeCtl 设为 -1,示意抢到了锁
        else if (U.compareAndSetInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {
            try {if ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
                    // 默认初始容量为 16
                    int n = (sc > 0) ? sc : DEFAULT_CAPACITY;
                    @SuppressWarnings("unchecked")
                    // 初始化数组
                    Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n];
                    table = tab = nt;
                    // 如果 n 为 16,则 sc = 0.75 * n
                    sc = n - (n >>> 2);
                }
            } finally {
                // 设置 sizeCtl
                sizeCtl = sc;
            }
            break;
        }
    }
    return tab;
}
 

链表转红黑树 treeifyBin

private final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int index) {
    Node<K,V> b; int n;
    if (tab != null) {
        // 如果数组长度小于 64。会进行数组扩容
        // 因为数组的长度都是 2 的幂数,所以可能会是 32、16、8... 等
        if ((n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
            tryPresize(n << 1);
        // 上面代码是链表转红黑树
        else if ((b = tabAt(tab, index)) != null && b.hash >= 0) {synchronized (b) {if (tabAt(tab, index) == b) {
                    TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
                    for (Node<K,V> e = b; e != null; e = e.next) {
                        TreeNode<K,V> p =
                            new TreeNode<K,V>(e.hash, e.key, e.val,
                                              null, null);
                        if ((p.prev = tl) == null)
                            hd = p;
                        else
                            tl.next = p;
                        tl = p;
                    }
                    setTabAt(tab, index, new TreeBin<K,V>(hd));
                }
            }
        }
    }
}

扩容

private final void tryPresize(int size) {
    // 这个 size 曾经是原先的两倍了
    // 判断 size 是否超过最大容量。若不超过则 c 为 size 的 1.5 倍,再加 1,再往上取最近的 2 的 n 次方。int c = (size >= (MAXIMUM_CAPACITY >>> 1)) ? MAXIMUM_CAPACITY :
    tableSizeFor(size + (size >>> 1) + 1);
    int sc;
    while ((sc = sizeCtl) >= 0) {Node<K,V>[] tab = table; int n;
        if (tab == null || (n = tab.length) == 0) {
             // 上面代码和初始化代码相似
            n = (sc > c) ? sc : c;
            if (U.compareAndSetInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {
                try {if (table == tab) {@SuppressWarnings("unchecked")
                        Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n];
                        table = nt;
                        sc = n - (n >>> 2);
                    }
                } finally {sizeCtl = sc;}
            }
        }
        // 
        else if (c <= sc || n >= MAXIMUM_CAPACITY)
            break;
        else if (tab == table) {int rs = resizeStamp(n);
            // CAS 操作将 sizeCtl 设置为 (rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2)
            if (U.compareAndSetInt(this, SIZECTL, sc,
                                   (rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2))
                transfer(tab, null);
        }
    }
}

transfer 办法可能会多线程调用,

private final void transfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V>[] nextTab) {
    // stride 可了解为“步长”,其在单核下间接等于 n,即原数组长度
    // 在多核下,为 n>>>3/NCPU, 最小值为 16
        // 心愿让每个 CPU 都尽可能解决的桶数一样多,如果桶很少,就默认一个线程解决 16 个桶
    int n = tab.length, stride;
    if ((stride = (NCPU > 1) ? (n >>> 3) / NCPU : n) < MIN_TRANSFER_STRIDE)
        stride = MIN_TRANSFER_STRIDE; // subdivide range
    
    // 如果 nextTab 为 null,会先进行一次初始化。// 可保障第一次个发动数据迁徙的线程调用此办法时,nextTab 为 null(具体可看可看此办法的调用处)if (nextTab == null) {            // initiating
        try {@SuppressWarnings("unchecked")
            Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n << 1];
            nextTab = nt;
        } catch (Throwable ex) {      // try to cope with OOME
            sizeCtl = Integer.MAX_VALUE;
            return;
        }
        // nextTable 和 transferIndex 都是 concurrentmap 中的属性
        nextTable = nextTab;
        transferIndex = n;
    }
    
    int nextn = nextTab.length;
    // ForwardingNode——正在迁徙中的 node,这个 node 的 hash 值是 MOVED
    // 当其余线程发现此 node 时,会跳过。起到占位作用
    ForwardingNode<K,V> fwd = new ForwardingNode<K,V>(nextTab);
    // advance 为 true,则阐明须要进行下个地位的迁徙
    boolean advance = true;
    // 实现状态
    boolean finishing = false; // to ensure sweep before committing nextTab
    // i 是地位索引下标
    // bound 是以后线程能够解决的区间的最小边界
    for (int i = 0, bound = 0;;) {
        Node<K,V> f; int fh;
        // 管制 i 的递加(从后向前)
        while (advance) {
            int nextIndex, nextBound;
            // 如果 i -->=bound,或者实现状态为 true,阐明迁徙工作曾经实现。会将 advance 批改为 false
            // 第一次进入循环,个别会进入上面分支代码(i-- 无奈通过)。if (--i >= bound || finishing)
                advance = false;
            // 当线程进入会选取最新的转移下标
            // 如果 transferIndex <=0,意味着没有区间了,扩容可完结。else if ((nextIndex = transferIndex) <= 0) {
                i = -1;
                advance = false;
            }
            // CAS 批改 transferIndex(length- 区间值)。else if (U.compareAndSetInt
                     (this, TRANSFERINDEX, nextIndex,
                      nextBound = (nextIndex > stride ?
                                   nextIndex - stride : 0))) {
                // 获取以后线程可进来区间的最小下标
                bound = nextBound;
                // i 是以后线程能够解决的以后区间的最大下标
                i = nextIndex - 1;
                advance = false;
            }
        }
        // 对 i 的状态进行判断?if (i < 0 || i >= n || i + n >= nextn) {
            int sc;
            if (finishing) {
                // 实现扩容的状况下,对相干属性进行更新
                nextTable = null;
                table = nextTab;
                sizeCtl = (n << 1) - (n >>> 1);
                return;
            }
            // CAS 操作将 sizeCtl-1
            // sizeCtl 在迁徙前会设置为 (rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2。而后,每有一个线程参加迁徙就会将 sizeCtl 加 1
            // 这里去 -1,代表线程实现了属于本人的工作
            if (U.compareAndSetInt(this, SIZECTL, sc = sizeCtl, sc - 1)) {
                // 工作实现,可 return
                if ((sc - 2) != resizeStamp(n) << RESIZE_STAMP_SHIFT)
                    return;
                // 阐明 (sc - 2) == resizeStamp(n) << RESIZE_STAMP_SHIFT,即所有的迁徙工作已实现
                finishing = advance = true;
                i = n; // recheck before commit
            }
        }
        // 原数组下标 i 处节点若为空,则放入 ForwardingNode(占位)
        else if ((f = tabAt(tab, i)) == null)
            advance = casTabAt(tab, i, null, fwd);
        // 阐明被其余线程占位了。持续下一个地位
        else if ((fh = f.hash) == MOVED)
            advance = true; // already processed
        else {
            // 到此处阐明,以后下标有理论值,并且未被占位解决。// 对其加锁,筹备进行迁徙
            synchronized (f) {if (tabAt(tab, i) == f) {
                    // 将链表一分为二,并找到原链表中的 lastRun,而后 lastRun 和其之后的节点进行迁徙
                    // lastRun 之前的节点进行克隆后,分到两个链表中
                    Node<K,V> ln, hn;
                    // 头结点 hash>0,是链表,否则是红黑树
                    if (fh >= 0) {
                        // 对原数组长度进行与运算
                        int runBit = fh & n;
                        // 
                        Node<K,V> lastRun = f;
                        // 遍历
                        for (Node<K,V> p = f.next; p != null; p = p.next) {
                            // 与 计算
                            int b = p.hash & n;
                            // 以后节点的计算结果和头节点不同
                            if (b != runBit) {
                                runBit = b;
                                lastRun = p;
                            }
                        }
                        // 设置低位节点
                        if (runBit == 0) {
                            ln = lastRun;
                            hn = null;
                        }
                        // 设置高位节点
                        else {
                            hn = lastRun;
                            ln = null;
                        }
                        // 循环生成两个链表
                        for (Node<K,V> p = f; p != lastRun; p = p.next) {
                            int ph = p.hash; K pk = p.key; V pv = p.val;
                            if ((ph & n) == 0)
                                ln = new Node<K,V>(ph, pk, pv, ln);
                            else
                                hn = new Node<K,V>(ph, pk, pv, hn);
                        }
                        // 低位链表放在新数组下标 i 处
                        setTabAt(nextTab, i, ln);
                        // 高位链表放在新数组下标 i + n 处
                        setTabAt(nextTab, i + n, hn);
                        // 原数组下标 i 处进行占位,示意处理完毕
                        setTabAt(tab, i, fwd);
                        advance = true;
                    }
                    else if (f instanceof TreeBin) {
                        // 树的解决... 略过
                        TreeBin<K,V> t = (TreeBin<K,V>)f;
                        TreeNode<K,V> lo = null, loTail = null;
                        TreeNode<K,V> hi = null, hiTail = null;
                        int lc = 0, hc = 0;
                        for (Node<K,V> e = t.first; e != null; e = e.next) {
                            int h = e.hash;
                            TreeNode<K,V> p = new TreeNode<K,V>
                                (h, e.key, e.val, null, null);
                            if ((h & n) == 0) {if ((p.prev = loTail) == null)
                                    lo = p;
                                else
                                    loTail.next = p;
                                loTail = p;
                                ++lc;
                            }
                            else {if ((p.prev = hiTail) == null)
                                    hi = p;
                                else
                                    hiTail.next = p;
                                hiTail = p;
                                ++hc;
                            }
                        }
                        ln = (lc <= UNTREEIFY_THRESHOLD) ? untreeify(lo) :
                        (hc != 0) ? new TreeBin<K,V>(lo) : t;
                        hn = (hc <= UNTREEIFY_THRESHOLD) ? untreeify(hi) :
                        (lc != 0) ? new TreeBin<K,V>(hi) : t;
                        setTabAt(nextTab, i, ln);
                        setTabAt(nextTab, i + n, hn);
                        setTabAt(tab, i, fwd);
                        advance = true;
                    }
                }
            }
        }
    }
}
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