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调试JDK源码-ConcurrentHashMap实现原理

2016-03-18 10:56 651 查看

调试JDK源码-一步一步看HashMap怎么Hash和扩容

调试JDK源码-ConcurrentHashMap实现原理

调试JDK源码-HashSet实现原理

调试JDK源码-调试JDK源码-Hashtable实现原理以及线程安全的原因

ConcurrentHashMap线程安全的总结是我从源码分析出来的：

ConcurrentHashMap所谓线程安全是如果没有哈希冲突使用compareAndSwapObject方式新增节点，如果哈希冲突的时候锁住哈希冲突的节点，这样新增的节点是线程安全的，而 ConcurrentHashMap又不像hashtable那样整个put方法被锁定，所以性能比hashtable要好，因为这样不影响其他节点的插入和读取。

具体看下面完整的分析过程就知道了。

Map<String, String> cm = new ConcurrentHashMap<String, String>();
for (int i = 0; i < 20; i++) {
cm.put((char) (i + 65) + (char) (i + 66) + (char) (i + 67) + "", i + ">>>http://blog.csdn.net/unix21/");
}

注释写的很清楚

/* ---------------- Public operations -------------- */

/**
* Creates a new, empty map with the default initial table size (16).
*/
public ConcurrentHashMap() {
}

再到

public abstract class AbstractMap<K,V> implements Map<K,V> {
/**
* Sole constructor.  (For invocation by subclass constructors, typically
* implicit.)
*/
protected AbstractMap() {
}

// Query Operations

/**
* {@inheritDoc}
*
* @implSpec
* This implementation returns <tt>entrySet().size()</tt>.
*/
public int size() {
return entrySet().size();
}

第一次put

下面是完整的

/** Implementation for put and putIfAbsent */
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;
}

可以看出ConcurrentHashMap不是像hashTable一样整个put方法synchronized

initTable()

Thread.yield(); // lost initialization race; just spin

U.compareAndSwapInt

compareAndSwapInt() 是sun.misc.Unsafe类中的一个本地方法。

对此，我们需要了解的是 compareAndSetState(expect, update) 是以原子的方式操作当前线程；若当前线程的状态为expect，则设置它的状态为update。

下一步

回到putVal

下一步

这次无需初始化了

进入casTabAt，又用到了U.compareAndSwapObject完成新节点的插入

关于CAS https://en.wikipedia.org/wiki/Compare-and-swap
C语言实现

int compare_and_swap(int* reg, int oldval, int newval)
{
ATOMIC();
int old_reg_val = *reg;
if (old_reg_val == oldval)
*reg = newval;
END_ATOMIC();
return old_reg_val;
}

要实现无锁（lock-free）的非阻塞算法有多种实现方法，其中CAS（比较与交换，Compare and swap）是一种有名的无锁算法。

CAS, CPU指令，在大多数处理器架构，包括IA32、Space中采用的都是CAS指令，CAS的语义是“我认为V的值应该为A，如果是，那么将V的值更新为B，否则不修改并告诉V的值实际为多少”，

CAS是项乐观锁技术，当多个线程尝试使用CAS同时更新同一个变量时，只有其中一个线程能更新变量的值，而其它线程都失败，失败的线程并不会被挂起，而是被告知这次竞争中失败，并可以再次尝试。

CAS有3个操作数，内存值V，旧的预期值A，要修改的新值B。当且仅当预期值A和内存值V相同时，将内存值V修改为B，否则什么都不做。

参考：非阻塞同步算法与CAS(Compare and Swap)无锁算法

回到putval

和hashmap和hashtable一样，ConcurrentHashMap内部也是有一个静态嵌套类实现节点的

static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final int hash;
final K key;
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;
}

下一步