31、无锁哈希集与开放寻址哈希集的实现与原理

无锁哈希集与开放寻址哈希集的实现与原理

1. 无锁哈希集概述

无锁哈希集的实现目标是让哈希集的操作无锁化，并且实现增量式的扩容。这意味着每次调用 add() 方法时，仅执行与扩容相关工作的一小部分，避免在扩容时“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。若表容量翻倍，旧桶中的项必须在两个新桶之间进行分割。若此移动不是原子性的，条目可能会暂时丢失或重复。在无锁的情况下，必须使用如 compareAndSet() 这样的原子方法进行同步，但这些方法仅能操作单个内存位置，这使得将节点从一个链表原子性地移动到另一个链表变得困难。

2. 递归分割排序

此哈希集的实现采用了一种独特的方式，即不移动桶中的项，而是移动项之间的桶。具体而言，将所有项保存在一个无锁链表中，桶只是链表中的引用。随着链表的增长，会引入更多的桶引用，以确保任何对象都不会离桶的起始位置太远。

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 。使用 bucketSize 变量表示桶结构的动态容量。桶数组中的每个条目在首次访问时初始化，随后引用链表中的一个节点。

当插入、删除或搜索哈希码为