ConcurrentHashMap实现原理及源码解析_concurrenthashmap i >= n i + n >= nextn(2)

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这次整理的面试题,小到shell、MySQL,大到K8s等云原生技术栈,不仅适合运维新人入行面试需要,还适用于想提升进阶跳槽加薪的运维朋友。

本份面试集锦涵盖了

  • 174 道运维工程师面试题
  • 128道k8s面试题
  • 108道shell脚本面试题
  • 200道Linux面试题
  • 51道docker面试题
  • 35道Jenkis面试题
  • 78道MongoDB面试题
  • 17道ansible面试题
  • 60道dubbo面试题
  • 53道kafka面试
  • 18道mysql面试题
  • 40道nginx面试题
  • 77道redis面试题
  • 28道zookeeper

总计 1000+ 道面试题, 内容 又全含金量又高

  • 174道运维工程师面试题

1、什么是运维?

2、在工作中,运维人员经常需要跟运营人员打交道,请问运营人员是做什么工作的?

3、现在给你三百台服务器,你怎么对他们进行管理?

4、简述raid0 raid1raid5二种工作模式的工作原理及特点

5、LVS、Nginx、HAproxy有什么区别?工作中你怎么选择?

6、Squid、Varinsh和Nginx有什么区别,工作中你怎么选择?

7、Tomcat和Resin有什么区别,工作中你怎么选择?

8、什么是中间件?什么是jdk?

9、讲述一下Tomcat8005、8009、8080三个端口的含义?

10、什么叫CDN?

11、什么叫网站灰度发布?

12、简述DNS进行域名解析的过程?

13、RabbitMQ是什么东西?

14、讲一下Keepalived的工作原理?

15、讲述一下LVS三种模式的工作过程?

16、mysql的innodb如何定位锁问题,mysql如何减少主从复制延迟?

17、如何重置mysql root密码?

网上学习资料一大堆,但如果学到的知识不成体系,遇到问题时只是浅尝辄止,不再深入研究,那么很难做到真正的技术提升。

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final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
 } 

我们截取HashMap put的部分代码分析。当通过Hash值计算到数组下标的时候,取出对应小标的值,如果为空那么就直接插入。但是当此时有两个线程A,B同时执行到上述代码块。

A执行的时候,检查对应的数组桶的位置,数据为空。去put值进去,然后A的CPU执行时间到了,B执行的时候,数组的桶位置也为空,所以B将值更新进去了,那么A在去put的时候,不在检测是否有值,直接覆盖了B线程的值。这就是1.8中线程不安全的点、

另外,相对于1.8发生线程线程安全的问题带来的影响相对较小。

ConcurrentHashMap与HashTable的比较。HashTable是很早之前为了HashMap在高并发场景下使用而设计的类。直接使用synchronized 将这个容器锁住,多线程的场景下。只能等到上一个线程put值成功,释放锁了以后,才会轮到下一个线程。会有一定的阻塞,造成CPU的浪费。

    public synchronized V put(K key, V value) {
        // Make sure the value is not null
        if (value == null) {
            throw new NullPointerException();
        }
    }

ConcurrentHashMap不同的是:同时是需要通过锁来保证线程安全,但是ConcurrentHashMap使用的锁的力度更小。性能更优。所以我们在日常开放过程,单线程的容器就使用HashMap,多线程的场景下就使用ConcurrentHashMap来保证线程安全。

在1.8之前。ConcurrentHashMap使用的分段锁的手段来实现。**数据结构为hashmap(数组加链表)的基础上再套一层segment数组,锁加在segment元素上。**1.8中实现了粒度更细的加锁,去掉了segment数组,直接使用synchronized锁住hash后得到的数组下标位置中的第一个元素 ,如下图,这样加锁比segment加锁能支持更高的并发量。

ConcurrentHashMap的get方法的很高效的、读操作是不需要加锁的,及时的高并发的场景下。多个线程也可以同时读同一个key值得value值。接下来我们重点看下。ConcurrentHashMap1.8中的put方法时如果保证线程安全的。

   public V put(K key, V value) {
        return putVal(key, value, false);
    }

    /** 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()); // 获取key的hash值
        int binCount = 0;
        for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
            Node<K,V> f; int n, i, fh;
             // 如果table为空 初始化table
            if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
                tab = initTable();
             //如果通过Hash值获取到桶的位置的数据为空。那么插入数据
         // Tabat方法通过Volatile保证读取数据的原子性。
            else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
                //通过CAS判断tab桶位置的数据 预期是否为null,如果是,插入一个新的节点、
                if (casTabAt(tab, i, null,
                             new Node<K,V>(hash, key, value, null)))
                    break;                   // no lock when adding to empty bin
            }
            // 判断是否在插入的过程中,table正在扩容
            else if ((fh = f.hash) == MOVED)
                tab = helpTransfer(tab, f);
            else {
                V oldVal = null;

                //锁住桶位置上第一个节点。
                synchronized (f) {
                    if (tabAt(tab, i) == f) {
                        if (fh >= 0) {
                            binCount = 1;
                            for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {
                                K ek;
                                 //判断是否为相同的key值,是的话,就覆盖原值、
                                if (e.hash == hash &&
                                    ((ek = e.key) == key ||
                                     (ek != null && key.equals(ek)))) {
                                    oldVal = e.val;
                                    if (!onlyIfAbsent)
                                        e.val = value;
                                    break;
                                }
                              // 如果不是那么就找到链表的尾部位置插入新的节点、
                                Node<K,V> pred = e;
                                if ((e = e.next) == null) {
                                    pred.next = new Node<K,V>(hash, key,
                                                              value, null);
                                    break;
                                }
                            }
                        }
                        // 如果是红黑树结构的话
                        else if (f instanceof TreeBin) {
                            Node<K,V> p;
                            binCount = 2; 
                             //在数中插入对应的节点、
                            if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,
                                                           value)) != null) {
                                oldVal = p.val;
                                if (!onlyIfAbsent)
                                    p.val = value;
                            }
                        }
                    }
                }
                if (binCount != 0) {
                   // 如果node数量大于8那么就升级为红黑树。
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
                        treeifyBin(tab, i);
                    if (oldVal != null)
                        return oldVal;
                    break;
                }
            }
        }
        addCount(1L, binCount);
        return null;
    }

首先我们看到hash算法就不太一样,我们之前了解到HashMap的Hash算法是对key进行hash。然后用hash值与高16位进行异或,得到真正的hash值。具体的了解可以看我之前的博文:

https://blog.youkuaiyun.com/weixin_44399827/article/details/118499097

concurrentHashMap 更复杂,使得key值得hash值更加散列    
static final int spread(int h) {
        return (h ^ (h >>> 16)) & HASH_BITS;
    }

    static final int HASH_BITS = 0x7fffffff; // usable bits of normal node hash

接下来我们来看下helpTransfer方法:

final Node<K,V>[] helpTransfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V> f) {
        Node<K,V>[] nextTab; int sc;
        //如果table不为空并且该下标的第一个node为ForwardingNode(ForwardingNode是一个代表扩容完毕的特殊node)
        // 并且存储扩容后数据的nextTable不为空
        if (tab != null && (f instanceof ForwardingNode) &&
                (nextTab = ((ForwardingNode<K,V>)f).nextTable) != null) {
            int rs = resizeStamp(tab.length);
            while (nextTab == nextTable && table == tab &&
                    (sc = sizeCtl) < 0) {
                //扩容结束,跳出循环不参与扩容
                if ((sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs || sc == rs + 1 ||
                        sc == rs + MAX_RESIZERS || transferIndex <= 0)
                    break;
                if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1)) {
                    //扩容
                    transfer(tab, nextTab);
                    break;
                }
            }
            //返回扩容后的table,供上层方法使用
            return nextTab;
        }
        return table;
    }

最重要的扩容方法transfer:

private final void transfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V>[] nextTab) {
        int n = tab.length, stride;
        //根据cpu核数计算出步长,用于分割扩容任务,方便其余线程帮助扩容,最小为16
        if ((stride = (NCPU > 1) ? (n >>> 3) / NCPU : n) < MIN_TRANSFER_STRIDE)
            stride = MIN_TRANSFER_STRIDE;
        //判断nextTab是否为空,nextTab是暂时存储扩容后的node的数组,第一次进入这个方法的线程才会发现nextTab为空
        //前文提到的helpTransfer也会调用该方法,当helpTransfer调用该方法时nextTab不为空
        if (nextTab == null) {
            try {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                //初始化nextTab为table长度的2倍
                Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n << 1];
                nextTab = nt;
            } catch (Throwable ex) {
                //如果发生了异常,则将sizeCtl设为integer的最大值,因为前文提过数组长度大于1<<30时就不能再扩容了
                sizeCtl = Integer.MAX_VALUE;
                return;
            }
            nextTable = nextTab;
            //将transferIndex赋值为原数组table的长度
            transferIndex = n;
        }
        int nextn = nextTab.length;
        ForwardingNode<K,V> fwd = new ForwardingNode<K,V>(nextTab);
        boolean advance = true;
        boolean finishing = false; 
        //这个for循环就是用来扩容最主要的方法了
       
        for (int i = 0, bound = 0;;) {
            Node<K,V> f; int fh;
            //该while循环的作用有两点 1.将扩容任务根据步长分块  2.确定本次循环要rehash的下标节点(rehash与扩容意义相同)
            while (advance) {
                int nextIndex, nextBound;
                //i为要进行rehash的下标,bound为分块任务的边界,finishing代表扩容完毕
                //每个线程在第一次进行该if判断时,bound和i都为0,finishing为false,不进第一个if
                //在第一个else if时将transferIndex赋值给nextIndex,不进第一个else if
                //在第二个else if,将transferIndex更新为nextIndex-stride
                //假设nextIndex为32,stride为16。代表数组长度32,有32个下标要倒序依次rehash,则任务分为两块(32-16,16-0)
                //第一个线程会处理32-16的任务。
                //第二个线程来的时候发现transferIndex为16,根据步长他会处理16-0的任务
                //如果没有其余的线程帮助扩容,则第一个线程会再完成第一块任务后,再获取下一块任务直至都rehash完
                if (--i >= bound || finishing)
                    advance = false;
                else if ((nextIndex = transferIndex) <= 0) {
                    i = -1;
                    advance = false;
                }
                else if (U.compareAndSwapInt
                        (this, TRANSFERINDEX, nextIndex,
                                nextBound = (nextIndex > stride ?
                                        nextIndex - stride : 0))) {
                    bound = nextBound;
                    i = nextIndex - 1;
                    advance = false;
                }
            }
            //在rehash任务都处理完之前不会进入该if判断,该if方法会进入两次
            if (i < 0 || i >= n || i + n >= nextn) {
                int sc;
                //第一次进入的时候finishing为false
                //第二次进入的时候finishing为true,代表扩容已经结束,将新的nextTab赋值给table,并将sizeCtl设置为table长度的0.75倍
                if (finishing) {
                    nextTable = null;
                    table = nextTab;
                    sizeCtl = (n << 1) - (n >>> 1);
                    return;
                }
                //第一次进入的时候,会将finishing设置为true,并将i重新赋值为原table大小
                //假如n=32,则会将最外面的for循环再循环32遍检查各个下标作为是否都已经扩容过了
                if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc = sizeCtl, sc - 1)) {
                    if ((sc - 2) != resizeStamp(n) << RESIZE_STAMP_SHIFT)
                        return;
                    finishing = advance = true;
                    i = n;
                }
            }
            //如果该下标内没有数据,则将该下标内放入ForwardingNode,代表该下标rehash结束
            else if ((f = tabAt(tab, i)) == null)
                advance = casTabAt(tab, i, null, fwd);
            //如果该下标的hash值为-1(即ForwardingNode的hash值),代表已经rehash结束,继续下一次循环
            else if ((fh = f.hash) == MOVED)
                advance = true; 
            else {
                //真正的扩容,锁住该下标的第一个node
                synchronized (f) {


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**总计 1000+ 道面试题, 内容 又全含金量又高**

*   **174道运维工程师面试题**

> 1、什么是运维?

> 2、在工作中,运维人员经常需要跟运营人员打交道,请问运营人员是做什么工作的?

> 3、现在给你三百台服务器,你怎么对他们进行管理?

> 4、简述raid0 raid1raid5二种工作模式的工作原理及特点

> 5、LVS、Nginx、HAproxy有什么区别?工作中你怎么选择?

> 6、Squid、Varinsh和Nginx有什么区别,工作中你怎么选择?

> 7、Tomcat和Resin有什么区别,工作中你怎么选择?

> 8、什么是中间件?什么是jdk?

> 9、讲述一下Tomcat8005、8009、8080三个端口的含义?

> 10、什么叫CDN?

> 11、什么叫网站灰度发布?

> 12、简述DNS进行域名解析的过程?

> 13、RabbitMQ是什么东西?

> 14、讲一下Keepalived的工作原理?

> 15、讲述一下LVS三种模式的工作过程?

> 16、mysql的innodb如何定位锁问题,mysql如何减少主从复制延迟?

> 17、如何重置mysql root密码?

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> 13、RabbitMQ是什么东西?

> 14、讲一下Keepalived的工作原理?

> 15、讲述一下LVS三种模式的工作过程?

> 16、mysql的innodb如何定位锁问题,mysql如何减少主从复制延迟?

> 17、如何重置mysql root密码?

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