31、无锁哈希集与开放寻址哈希集的实现解析

无锁哈希集与开放寻址哈希集的实现解析

1. 无锁哈希集概述

无锁哈希集的实现是为了让哈希集的操作更加高效，避免使用锁带来的性能开销。同时，它采用增量式的扩容方式，即每次 add() 方法调用只执行与扩容相关工作的一小部分，这样就无需在扩容时“停止世界”。 contains() 、 add() 和 remove() 方法的期望时间复杂度均为常数。

要实现可扩容的无锁哈希，仅让单个桶无锁是不够的，因为扩容时需要原子性地将条目从旧桶移动到新桶。如果移动操作不是原子性的，条目可能会暂时丢失或重复。在没有锁的情况下，需要使用原子方法（如 compareAndSet() ）进行同步，但这些方法只能操作单个内存位置，这使得原子性地将节点从一个链表移动到另一个链表变得困难。

2. 递归分割排序

为了解决上述问题，采用了一种独特的哈希集实现方式，即颠倒传统哈希结构：不是在桶之间移动项，而是在项之间移动桶。

具体来说，将所有项保存在一个无锁链表中，类似于第 9 章研究的 LockFreeList 类。桶只是链表中的一个引用。随着链表的增长，会引入额外的桶引用，以确保任何对象都不会离桶的起始位置太远。这种算法确保一旦项被放入链表中，就不会再移动，但要求项按照递归分割排序算法插入。

哈希集的容量 N 始终是 2 的幂。桶数组初始容量为 2，除索引为 0 的桶引用一个空列表外，其他桶引用均为 null 。使