31、无锁哈希集与开放寻址哈希集的实现与分析

无锁哈希集与开放寻址哈希集的实现与分析

1. 无锁哈希集概述

在哈希集的实现中，为了避免在调整表大小时“停止世界”（stop-the-world）的操作，我们需要将哈希集的实现改为无锁（lock-free）的，并且采用增量式调整大小的方式。这意味着每次调用 add() 方法时，只执行与调整大小相关工作的一小部分。这样， contains() 、 add() 和 remove() 方法的预期时间复杂度都为常数。

要实现可调整大小的无锁哈希，仅使各个桶无锁是不够的，因为调整表大小时需要原子地将条目从旧桶移动到新桶。如果表容量翻倍，我们必须将旧桶中的项拆分到两个新桶中。如果这个移动操作不是原子的，条目可能会暂时丢失或重复。

2. 递归拆分排序算法

2.1 算法核心思想

传统的哈希结构是在桶之间移动项，而这里的算法是在项之间移动桶。具体来说，将所有项保存在一个无锁的单链表中，类似于之前研究过的 LockFreeList 类。桶只是链表中的一个引用。随着链表的增长，我们引入额外的桶引用，以确保任何对象都不会离桶的起始位置太远。

2.2 数据结构组成

无锁哈希集的实现由两部分组成：一个无锁链表和一个不断扩展的引用数组，这些引用指向链表。这些引用就是逻辑桶。哈希集中的任何项都可以从链表头开始遍历链表找到，而桶引用则提供了链表的捷径，以最小化搜索时遍历的链表节点数。

2.3 桶的初始化与项的分配

哈希集的容量