并发编程之深入理解ConcurrentHashMap

1 介绍

        ConcurrentHashMap是线程安全的HashMap

        存储的结构：数组 + 链表 + 红黑树

        ConcurrentHashMap在JDK1.8中是以CAS+synchronized实现的线程安全

                CAS：在没有hash冲突时（Node要放在数组上时）

                synchronized：在出现hash冲突时（Node存放的位置已经有数据了）

2 参数解读

2.1 hash值：散列算法

        将高位的hash也参与到计算索引位置的运算当中，降低hash碰撞概率

        hash值默认情况下一定是正数，在ConcurrentHashMap中，hash值为负数有特殊含义

                ① static final int MOVED  = -1：代表当前hash位置的数据正在扩容

                ② static final int TREEBIN  = -2：代表当前hash位置下挂载的是一个红黑树

                ③ static final int RESERVED  = -3：代表当前索引位置已经被占用，但是值还没有放进去

2.2 sizeCtl：标识数组初始化和扩容信息

        ① -1：代表当前数组正在初始化

        ② 0：代表数组还没初始化

        ③ 小于-1：代表正在扩容（低16位代表当前数组正在扩容的线程个数 - 如果1个线程扩容，值为-2，如果2个线程扩容，值为-3）

        ④ 大于0：代表当前数组的初始化大小（当前数组还没有初始化），或当前数组的扩容阈值（数组已经初始化）

3 源码解读

        3.1 put方法总结

        3.2 get方法总结

4 注意点

        4.1 JDK1.8 版本改进

                在 JDK1.7 版本中，ConcurrentHashMap 由数组 + Segment + 分段锁实现，Segment 通过继承 ReentrantLock 来进行加锁，通过每次锁住一个 segment 来降低锁的粒度而且保证了每个 segment 内地操作的线程安全性，从而实现全局线程安全。

                在JDK1.8中，取消了分段锁的设计，而是以CAS+synchronized实现的线程安全，在没有hash冲突时（Node要放在数组上时）使用CAS操作；在出现hash冲突时（Node存放的位置已经有数据了）使用synchronized。

        4.2 初始化数组

                ① new时，不会创建数组，在使用时才会创建（懒加载）

                ② 数组长度必须是2的n次幂，如果不是，底层会调用tableSizeFor(int c)，将数组长度转换为2的n次幂 

        4.3 调用put方法添加key和value时，key 和 value 不允许为 null

                ConcurrentHashMap 作为并发容器，必须通过设计规避因 null 值导致的逻辑漏洞和性能损耗，在并发场景下保证其线程安全

        4.4 链表转红黑树

                当链表长度超过8个，会转换成红黑树。但是在转换之前，先判断数组长度是否小于64，如果小于不转成红黑树，先进行扩容。（还是更希望数据存放在数组上，这样查询效率更高）

                转红黑树，将单向链表Node对象转换为TreeNode对象，在通过TreeBin方法转为红黑树，TreeNode对象中还维护了一套双向链表。（这是为了方便将红黑树再转换为单向链表，红黑树为了保持平衡，会出现旋转，指针就会转换）

        4.5 扩容标识戳作用

                基于老数组长度计算扩容标识戳

                        ① 为了保证后面的sizeCtl赋值时，保证sizeCtl为小于-1的负数（小于-1：代表正在扩容）

                        ② 用来记录当前是从什么长度开始扩容的

                当某线程发起扩容时，会基于当前戳值生成唯一标识，其他线程在协助扩容前需验证此标识是否一致。若不一致，说明存在更高优先级的扩容操作（如容量更大的扩容），需放弃当前操作‌。

                扩容标识戳通过 ‌代数标记、容量绑定、原子操作‌ 等设计，解决了多线程环境下扩容任务的 ‌协调性、一致性和高效性‌ 问题，是ConcurrentHashMap实现无锁化并发扩容的核心机制‌。

        4.6 首次扩容为什么计数要 +2 而不是 +1

                低16位在表示当前正在扩容的线程有多少个，每一个线程扩容完毕后，会对低16位进行-1操作，当最后一个线程扩容完毕后，减1的结果还是-1。

                当值为-1时，最后一个线程要对老数组进行一波扫描，查看是否有遗漏的数据没有迁移到新数组。

完整原图分享

https://kdocs.cn/l/ccEGsn5LHN43