并发编程-并发容器

hash

把任意长度的输入（又叫做预映射， pre-image），通过散列算法，变换成固定长度的输出，该输出就是散列值。

常用HASH 函数：直接取余法、乘法取整法、平方取中法。

处理冲突方法:

1. 开放寻址法
2. 再散列法
3. 链地址法(拉链法)

ConcurrentHashMap

1.7 中HashMap 死循环分析

在多线程环境下，使用HashMap 进行put 操作会引起死循环，导致CPU 利用率接近100%，HashMap 在并发执行put 操作时会引起死循环，是因为多线程会导致HashMap 的Entry 链表形成环形数据结构，一旦形成环形数据结构，Entry 的next 节点永远不为空，就会产生死循环获取Entry。
HashMap 一次扩容的过程：

1. 取当前table的2倍作为新table 的大小
2. 根据算出的新table 的大小new 出一个新的Entry 数组来，名为newTable
3. 轮询原table 的每一个位置，将每个位置上连接的Entry，算出在新table上的位置，并以链表形式连接
4. 原table上的所有Entry全部轮询完毕之后，意味着原table 上面的所有Entry 已经移到了新的table上,HashMap中的table 指向newTable

HashMap 之所以在并发下的扩容造成死循环，是因为，多个线程并发进行时，因为一个线程先期完成了扩容，将原Map 的链表重新散列到自己的表中，并且链表变成了倒序，后一个线程再扩容时，又进行自己的散列，再次将倒序链表变为正序链表。于是形成了一个环形链表，当get 表中不存在的元素时，造成死循环。

putIfAbsent

ConcurrentHashMap还提供了一个在并发下比较有用的方法putIfAbsent，如果传入key 对应的value已经存在，就返回存在的value，不进行替换。如果不存在，就添加key 和value，返回null。

synchronized(map){
	if (map.get(key) == null){
		return map.put(key, value);
	} else{
		return map.get(key);
	}
}

ConcurrentHashMap 实现分析

1.7下的实现

ConcurrentHashMap 是由Segment 数组结构和HashEntry 数组结构组成。Segment 是一种可重入锁（ReentrantLock），在ConcurrentHashMap 里扮演锁的角色；HashEntry 则用于存储键值对数据。一个ConcurrentHashMap 里包含一个Segment 数组。Segment 的结构和HashMap 类似，是一种数组和链表结构。一个Segment 里包含一个HashEntry 数组，每个HashEntry 是一个链表结构的元素，每个Segment 守护着一个HashEntry 数组里的元素，当对HashEntry 数组的数据进行修改时，必须首先获得与它对应的Segment 锁。

构造方法和初始化

ConcurrentHashMap 初始化方法是通过initialCapacity、loadFactor 和concurrencyLevel(参数concurrencyLevel 是用户估计的并发级别，就是说你觉得最多有多少线程共同修改这个map，根据这个来确定Segment 数组的大小concurrencyLevel 默认是DEFAULT_CONCURRENCY_LEVEL = 16;)等几个参数来初始化segment 数组、段偏移量segmentShift、段掩码segmentMask 和每个segment里的HashEntry 数组来实现的。

ConcurrentHashMap 默认的并发度为16，但用户也可以在构造函数中设置并发度。当用户设置并发度时，ConcurrentHashMap 会使用大于等于该值的最小2 幂指数作为实际并发度。

get 操作

get 操作先经过一次再散列，然后使用这个散列值通过散列运算定位到Segment(使用了散列值的高位部分)，再通过散列算法定位到table(使用了散列值的全部)。整个get 过程，没有加锁，而是通过volatile 保证get 总是可以拿到最新值。

put 操作

ConcurrentHashMap 初始化的时候会初始化第一个槽segment[0]，对于其他槽，在插入第一个值的时候再进行初始化。ensureSegment 方法考虑了并发情况，多个线程同时进入初始化同一个槽segment[k]，但只要有一个成功就可以了。

rehash 操作
扩容是新创建了数组，然后进行迁移数据，最后再将newTable 设置给属性table。

在1.8 下的实现

改进
改进一：取消segments 字段，直接采用transient volatile HashEntry<K,V>[]table 保存数据，采用table 数组元素作为锁，从而实现了对缩小锁的粒度，进一步减少并发冲突的概率，并大量使用了采用了CAS + synchronized 来保证并发安全性。
改进二：将原先table 数组＋单向链表的数据结构，变更为table 数组＋单向链表＋红黑树的结构。对于hash 表来说，最核心的能力在于将key hash 之后能均匀的分布在数组中。如果hash 之后散列的很均匀，那么table 数组中的每个队列长度主要为0 或者1。但实际情况并非总是如此理想，虽然ConcurrentHashMap 类默认的加载因子为0.75，但是在数据量过大或者运气不佳的情况下，还是会存在一些队列长度过长的情况，如果还是采用单向列表方式，那么查询某个节点的时间复杂度为O(n)；因此，对于个数超过8(默认值)的列表，jdk1.8 中采用了红黑树的结构，那么查询的时间复杂度可以降低到O(logN)，可以改进性能。

用于判断是否需要将链表转换为红黑树的阈值

用于判断是否需要将红黑树转换为链表的阈值

核心数据结构和属性

Node
Node 是最核心的内部类，它包装了key-value 键值对。

TreeNode
树节点类，另外一个核心的数据结构。当链表长度过长的时候，会转换为TreeNode。

与1.8 中HashMap 不同点：
1、它并不是直接转换为红黑树，而是把这些结点放在TreeBin 对象中，由TreeBin 完成对红黑树的包装。
2、TreeNode 在ConcurrentHashMap 扩展自Node 类，而并非HashMap 中的扩展自LinkedHashMap.Entry<K,V>类，也就是说TreeNode 带有next 指针。

TreeBin
负责TreeNode 节点。它代替了TreeNode 的根节点，也就是说在实际的ConcurrentHashMap“数组”中，存放的是TreeBin 对象，而不是TreeNode 对象。另外这个类还带有了读写锁机制。

特殊的ForwardingNode
一个特殊的Node 结点，hash 值为-1，其中存储nextTable 的引用。有table 发生扩容的时候，ForwardingNode 发挥作用，作为一个占位符放在table中表示当前结点为null 或者已经被移动。

sizeCtl
用来控制table 的初始化和扩容操作。
负数代表正在进行初始化或扩容操作

1. -1 代表正在初始化
2. -N 表示有N-1 个线程正在进行扩容操作0 为默认值，代表当时的table 还没有被初始化正数表示初始化大小或Map 中的元素达到这个数量时，需要进行扩容了。
   

get 操作
get 方法比较简单，给定一个key 来确定value 的时候，必须满足两个条件key 相同hash 值相同，对于节点可能在链表或树上的情况，需要分别去查找。

put 操作



总结来说，put 方法就是，沿用HashMap 的put 方法的思想，根据hash 值计算这个新插入的点在table 中的位置i，如果i 位置是空的，直接放进去，否则进行判断，如果i 位置是树节点，按照树的方式插入新的节点，否则把i 插入到链表的末尾。

如果加入这个节点以后链表长度大于8，就把这个链表转换成红黑树。如果这个节点的类型已经是树节点的话，直接调用树节点的插入方法进行插入新的值。

初始化
前面说过，构造方法中并没有真正初始化，真正的初始化在放在了是在向ConcurrentHashMap 中插入元素的时候发生的。具体实现的方法就是initTable

HashTable

HashTable 容器使用synchronized 来保证线程安全，但在线程竞争激烈的情况下HashTable 的效率非常低下。因为当一个线程访问HashTable 的同步方法，其他线程也访问HashTable 的同步方法时，会进入阻塞或轮询状态。如线程1 使用put 进行元素添加，线程2 不但不能使用put 方法添加元素，也不能使用get方法来获取元素，所以竞争越激烈效率越低。