Java ConcurrentHashMap

java 版本 jdk1.8

初始化

• initialCapacity 根据自己需要在map中存放多少元素确定，默认DEFAULT_CAPACITY=16
• loadFactor 扩容的负载因子，达到容量的多少比例之后开始考虑扩容，在java 8 版本基本只用于计算初始容量了
• concurrencyLevel 估计有多少线程并发更新，会参考这个值确定map的容量，如果concurrencyLevel大于了initialCapacity 会以concurrency的值替换
• sizeCtl 这个值才是map内部维护的值，用于控制map是否扩容，是根据以上三个值来确定的计算方式如下:cap = (long)(1.0 + (long)initialCapacity / loadFactor)，会将cap取大于cap的最小2的N次幂，即 cap=10 最后sizeCtl =16（$2^4$），不过这个值会在内部维护的Node数组初始化完成之后或者扩容完成之后被重置 sizeCtl = n-(n>>2) 。
• table 主要数据保存在这个Node数组里面，创建一个sizeCtl大小的Node数组
• nextTable 扩容之后的Node数组，当且仅当在扩容阶段的时候不为空

内部数据结构

• Node 数据节点，table字段就是它的一个数组。内部维护next字段，当有多个元素的hash相等时，就形成链表
• TreeNode 继承Node，树形节点，在一定情况下，Node链表会转换为红黑树。内部有一个red字段表明这个节点事红节点还是黑节点
• TreeBin 继承Node，红黑树的根节点。不保存实际数据，hash=-2
• ForwadinNode 迁移标记节点。标记此节点下的所有元素已经迁移到新的table中，内部保存了对扩容之后的Node数组的引用

put

ConcurrentHashMap主要是用于并发读写的，所以，在插入方法中考虑了多线程并发操作

1. 计算key的hash，和HashMap一样都是将hashCode()的高16位与低16位做异或运算，以减小hash碰撞。有一点不一样的是，这里会将异或运算的结果再和0x7fffffff做与运算，把hash控制在0~2³¹之间
2. 插入
   1. 新元素index (hash & (n-1)，n为当前table的长度)对应位置为空，则使用CAS更新，若此时对该位置有多个线程并发插入，肯定只有一个CAS操作会成功，其余的都会失败，失败的元素会不断的重试直到成功为止，不过当再一次重试时，对应位置已然不是空，所以会走下面的流程
   2. 当新元素index的位置已经存在元素了，那么先对已存在的这个元素身上添加一个监视器（锁）,防止并发对这个节点进行更新，但是这里不用太担心锁对性能影响，因为按照初始容量来算，也只有1/16的机会你会遇到这个锁，扩容之后几率更小。将新的元素追加到这个元素后面，形成链表分支
   3. 如果新元素index位置存在的是TreeBin那么表明这个节点下已经形成了红黑树，按照红黑树的方式将新的节点插入就可以了，同样在插入之前要锁住index位置那个节点，防止并发
3. 记录并检查数量。map中的元素个数是保存在baseCount字段中，有新的元素加入时，使用CAS 来更改baseCount的值，在多线程环境下，可能有多个线程在同时更改，造成失败。此时并没有选择重试，而是使用在内部的一个CounterCell数组来保存在CAS失败的计数，所以，当我们调用size方法时，其实得到的是baseCount + CounterCell[i].value得到的
4. 迁移。ConcurrentHashMap的扩容采用多线程的方式进行数据迁移，在扩容阶段，所有对map元素个数产生影响的线程，都可以参与到扩容流程中。在扩容阶段，把整个Node数组分成N个stride，每个线程负责一个stride，迁移完成一个stride再去看是否还有需要迁移的stride，直到所有stride迁移完成