ConcurrentHashMap与HashTable区别？
HashTable
put()源代码
从代码可以看出来在所有put 的操作的时候 都需要用 synchronized 关键字进行同步。并且key 不能为空。
这样相当于每次进行put 的时候都会进行同步 当10个线程同步进行操作的时候，就会发现当第一个线程进去 其他线程必须等待第一个线程执行完成，才可以进行下去。性能特别差。
CurrentHashMap
分段锁技术：ConcurrentHashMap相比 HashTable而言解决的问题就是 的 它不是锁全部数据，而是锁一部分数据，这样多个线程访问的时候就不会出现竞争关系。不需要排队等待了。
从图中可以看出来ConcurrentHashMap的主干是个Segment数组。
这就是为什么ConcurrentHashMap支持允许多个修改同时并发进行，原因就是采用的Segment分段锁功能，每一个Segment 都想的于小的hash table并且都有自己锁，只要修改不再同一个段上就不会引起并发问题。
final Segment<K,V>[] segments;使用ConConcurrentHashMap时候 有时候会遇到跨段的问题，跨段的时候【size()、 containsValue()】，可能需要锁定部分段或者全段，当操作结束之后，又回按照 顺序 进行 释放 每一段的锁。注意是按照顺序解锁的。每个Segment又包含了多个HashEntry.
transient volatile HashEntry<K,V>[] table;
static final class HashEntry<K,V> {
final int hash;
final K key;
volatile V value;
volatile HashEntry<K,V> next;
//其他省略
}
需要注意的是 Segment 是一种可重入锁（继承ReentrantLock)
那么我简单说一下ReentrantLock 与synchronized有什么区别？
- synchronized 是一个同步锁 synchronized （this）
- 同步锁 当一个线程A 访问 【资源】的代码同步块的时候，A线程就会持续持有当前锁的状态，如果其他线程B-E 也要访问【资源】的代码同步块的时候将会收到阻塞，因此需要排队等待A线程释放锁的状态。（如图情况1）但是注意的是，当一个线程B-E 只是不能方法 A线程 【资源】的代码同步块，仍然可以访问其他的非资源同步块。
- ReentrantLock 可重入锁 通常两类：公平性、非公平性
- 公平性：根据线程请求锁的顺序依次获取锁，当一个线程A 访问 【资源】的期间，线程A 获取锁资源，此时内部存在一个计数器num+1，在访问期间，线程B、C请求 资源时，发现A 线程在持有当前资源，因此在后面生成节点排队（B 处于待唤醒状态），假如此时a线程再次请求资源时，不需要再次排队，可以直接再次获取当前资源 （内部计数器+1 num=2） ，当A线程释放所有锁的时候（num=0），此时会唤醒B线程进行获取锁的操作，其他C-E线程就同理。（情况2）
- 非公平性：当A线程已经释放所之后，准备唤醒线程B获取资源的时候，此时线程M 获取请求，此时会出现竞争，线程B 没有竞争过M线程，测试M获取的线程因此，M会有限获得资源，B继续睡眠。（情况2）
- synchronized 是一个非公平性锁。 非公平性 会比公平性锁的效率要搞很多原因，不需要通知等待。
- ReentrantLock 提供了 new Condition可以获得多个Condition对象,可以简单的实现比较复杂的线程同步的功能.通过await(),signal()以实现。
- ReentrantLock 提供可以中断锁的一个方法lock.lockInterruptibly()方法。
- Jdk 1.8 synchronized和 ReentrantLock 比较的话，官方比较建议用synchronized。
在了解Segment 机制之后我们继续看一下ConcurrentHashMap核心构造方法代码。
// 跟HashMap结构有点类似
Segment(float lf, int threshold, HashEntry<K,V>[] tab) {
this.loadFactor = lf;//负载因子
this.threshold = threshold;//阈值
this.table = tab;//主干数组即HashEntry数组
}
构造方法
public ConcurrentHashMap(int initialCapacity,
float loadFactor, int concurrencyLevel) {
if (!(loadFactor > 0) || initialCapacity < 0 || concurrencyLevel <= 0)
throw new IllegalArgumentException();
//MAX_SEGMENTS 为1<<16=65536，也就是最大并发数为65536
if (concurrencyLevel > MAX_SEGMENTS)
concurrencyLevel = MAX_SEGMENTS;
int sshift = 0;
//ssize 为segments数组长度，concurrentLevel计算得出
int ssize = 1;
while (ssize < concurrencyLevel) {
++sshift;
ssize <<= 1;
}
//segmentShift和segmentMask这两个变量在定位segment时会用到
this.segmentShift = 32 - sshift;
this.segmentMask = ssize - 1;
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
//计算cap的大小，即Segment中HashEntry的数组长度，cap也一定为2的n次方.
int c = initialCapacity / ssize;
if (c * ssize < initialCapacity)
++c;
int cap = MIN_SEGMENT_TABLE_CAPACITY;
while (cap < c)
cap <<= 1;
//创建segments数组并初始化第一个Segment，其余的Segment延迟初始化
Segment<K,V> s0 =
new Segment<K,V>(loadFactor, (int)(cap * loadFactor),
(HashEntry<K,V>[])new HashEntry[cap]);
Segment<K,V>[] ss = (Segment<K,V>[])new Segment[ssize];
UNSAFE.putOrderedObject(ss, SBASE, s0);
this.segments = ss;
}
从以上代码可以看出ConcurrentHashMap有比较重要的三个参数：
- loadFactor 负载因子 0.75
- threshold 初始 容量 16
- concurrencyLevel 实际上是Segment的实际数量。
ConcurrentHashMap如何发生ReHash？
ConcurrentLevel 一旦设定的话，就不会改变。ConcurrentHashMap当元素个数大于临界值的时候，就会发生扩容。但是ConcurrentHashMap与其他的HashMap不同的是，它不会对Segmengt 数量增大，只会增加Segmengt 后面的链表容量的大小。即对每个Segmengt 的元素进行的ReHash操作。
我们再看一下核心的ConcurrentHashMapput ()方法：
public V put(K key, V value) {
Segment<K,V> s;
//concurrentHashMap不允许key/value为空
if (value == null)
throw new NullPointerException();
//hash函数对key的hashCode重新散列，避免差劲的不合理的hashcode，保证散列均匀
int hash = hash(key);
//返回的hash值无符号右移segmentShift位与段掩码进行位运算，定位segment
int j = (hash >>> segmentShift) & segmentMask;
if ((s = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObject // nonvolatile; recheck
(segments, (j << SSHIFT) + SBASE)) == null) // in ensureSegment
s = ensureSegment(j);
return s.put(key, hash, value, false);
}
主要注意的是 当前put 方法 当前key 为空的时候 ，代码报错。
这个代码主要是把Key 通过Hash函数计算出hash值 现计算出当前key属于那个Segment 调用Segment.put 分段方法Segment.put()
final V put(K key, int hash, V value, boolean onlyIfAbsent) {
HashEntry<K,V> node = tryLock() ? null :scanAndLockForPut(key, hash, value);
//tryLock()是ReentrantLock获取锁一个方法。如果当前线程获取锁成功 返回true,如果别线程获取了锁返回false不成功时会遍历定位到的HashEnry位置的链表（遍历主要是为了使CPU缓存链表），若找不到，则创建HashEntry。tryLock一定次数后（MAX_SCAN_RETRIES变量决定），则lock。若遍历过程中，由于其他线程的操作导致链表头结点变化，则需要重新遍历。
V oldValue;
try {
HashEntry<K,V>[] tab = table;
int index = (tab.length - 1) & hash;//定位HashEntry，可以看到，这个hash值在定位Segment时和在Segment中定位HashEntry都会用到，只不过定位Segment时只用到高几位。
HashEntry<K,V> first = entryAt(tab, index);
for (HashEntry<K,V> e = first;;) {
if (e != null) {
K k;
if ((k = e.key) == key ||
(e.hash == hash && key.equals(k))) {
oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent) {
e.value = value;
++modCount;
}
break;
}
e = e.next;
}
else {
if (node != null)
node.setNext(first);
else
node = new HashEntry<K,V>(hash, key, value, first);
int c = count + 1;
//若c超出阈值threshold，需要扩容并rehash。扩容后的容量是当前容量的2倍。这样可以最大程度避免之前散列好的entry重新散列。扩容并rehash的这个过程是比较消耗资源的。
if (c > threshold && tab.length < MAXIMUM_CAPACITY)
rehash(node);
else
setEntryAt(tab, index, node);
++modCount;
count = c;
oldValue = null;
break;
}
}
} finally {
unlock();
}
return oldValue;
}
Put 时候 ，通过Hash函数将即将要put 的元素均匀的放到所需要的Segment 段中，调用Segment的put 方法进行数据。
Segment的put 是加锁中完成的。如果当前元素数大于最大临界值的的话将会产生rehash. 先通过 getFirst 找到链表的表头部分，然后遍历链表，调用equals 比配是否存在相同的key ,如果找到的话，则将最新的Key 对应value值。如果没有找到，新增一个HashEntry 它加到整个Segment的头部。
我们先看一下Get 方法的源码：
//计算Segment中元素的数量
transient volatile int count;
***********************************************************
public V get(Object key) {
int hash = hash(key.hashCode());
return segmentFor(hash).get(key, hash);
}
***********************************************************
final Segment<K,V> segmentFor(int hash) {
return segments[(hash >>> segmentShift) & segmentMask];
}
********************************************************
V get(Object key, int hash) {
if (count != 0) { // read-volatile
HashEntry<K,V> e = getFirst(hash);
while (e != null) {
if (e.hash == hash && key.equals(e.key)) {
V v = e.value;
if (v != null)
return v;
return readValueUnderLock(e); // recheck
}
e = e.next;
}
}
return null;
}
1.读取的时候 传递Key值，通过Hash函数计算出 对应Segment 的位置。
2.调用segmentFor（int hash） 方法，用于确定操作应该在哪一个segment中进行 ，通过 右无符号位运算 右移segmentShift位在与运算 segmentMask【偏移码】 获得需要操作的Segment
- 确定了需要操作的Segment 再调用 get 方法获取对应的值。通过count 值先判断当前值是否为空。在调用getFirst（）获取头节点，然后遍历列表通过equals对比的方式进行比对返回值。
ConcurrentHashMap为什么读的时候不加锁？
- ConcurrentHashMap是分段并发分段进行读取数据的。
- Segment 里面有一个Count 字段，用来表示当前Segment中元素的个数 它的类型是volatile变量。所有的操作到最后都会 在最后一部更新count 这个变量，由于volatile变量 happer-before的特性。导致get 方法能够几乎准确的获取最新的结构更新。
再看一下ConcurrentHashMapRemove()方法：
V remove(Object key, int hash, Object value) {
lock();
try {
int c = count - 1;
HashEntry<K,V>[] tab = table;
int index = hash & (tab.length - 1);
HashEntry<K,V> first = tab[index];
HashEntry<K,V> e = first;
while (e != null && (e.hash != hash || !key.equals(e.key)))
e = e.next;
V oldValue = null;
if (e != null) {
V v = e.value;
if (value == null || value.equals(v)) {
oldValue = v;
// All entries following removed node can stay
// in list, but all preceding ones need to be
// cloned.
++modCount;
HashEntry<K,V> newFirst = e.next;
for (HashEntry<K,V> p = first; p != e; p = p.next)
newFirst = new HashEntry<K,V>(p.key, p.hash,
newFirst, p.value);
tab[index] = newFirst;
count = c; // write-volatile
}
}
return oldValue;
} finally {
unlock();
}
}
volatile 变量
我们发现 对于CurrentHashMap而言的话，源码里面又很多地方都用到了这个变量。比如HashEntry 、value 、Segment元素个数Count。
volatile 属于JMM 模型中的一个词语。首先先简单说一下 Java内存模型中的 几个概念：
原子性：保证 Java内存模型中原子变量内存操作的。通常有 read、write、load、use、assign、store、lock、unlock等这些。
可见性：就是当一个线程对一个变量进行了修改，其他线程即可立即得到这个变量最新的修改数据。
有序性：如果在本线程内观察，所有操作都是有序的；如果在一个线程中观察另一个线程，所有操作都是无序的。
先行发生：happen-before 先行发生原则是指Java内存模型中定义的两项操作之间的依序关系，如果说操作A先行发生于操作B，其实就是说发生操作B之前.
传递性
volatile 变量 与普通变量的不同之处？
- volatile 是有可见性，一定程度的有序性。
- volatile 赋值的时候新值能够立即刷新到主内存中去，每次使用的时候能够立刻从内存中刷新。
做一个简单例子看一下 这个功能
public class VolatileTest{
int a=1;
int b=2;
//赋值操作
public void change(){
a=3;
b=a;
}
//打印操作
public void print(){
System.out.println("b:"+b+",a:"+a);
}
@Test
public void testNorMal(){
VolatileTest vt=new VolatileTest();
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
vt.change();
}
}).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
vt.print();
}
}).start();
}
}
}
跑了 n 次会出现一条 b=3,a=1 的错误打印记录。这就是因为普通变量相比volatile 不存在 可见性。
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