ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap探究

  • ConcurrentHashMap的key和value不能为空
Node
    static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final int hash;
        final K key;
        volatile V val;
        volatile Node<K,V> next;
    }
put操作

hash操作

    // (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16)
    static final int spread(int h) {
        //比HashMap多并上了一个HASH_BITS
        //HASH_BITS
        //static final int HASH_BITS = 0x7fffffff; // usable bits of normal node hash
        //HASH_BITS是0x7fffffff,该步是为了消除最高位上的负符号 hash的负在ConcurrentHashMap中有特殊意义表示在扩容或者是树节点
        return (h ^ (h >>> 16)) & HASH_BITS;  
    }
public V put(K key, V value) {
    return putVal(key, value, false);
}
  //casTabAt主要用于CAS比较该索引处是否为null防止其它线程已改变该值,null则插入,break结束死循环  
static final <K,V> boolean casTabAt(Node<K,V>[] tab, int i,
                                        Node<K,V> c, Node<K,V> v) {
        return U.compareAndSwapObject(tab, ((long)i << ASHIFT) + ABASE, c, v);
    }
    //获取数组i索引的Node CAS操作 保持其它线程对table的改变在这里可见
static final <K,V> Node<K,V> tabAt(Node<K,V>[] tab, int i) {
        return (Node<K,V>)U.getObjectVolatile(tab, ((long)i << ASHIFT) + ABASE);
    }
    /** Implementation for put and putIfAbsent */
    final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
        //key或者value为空,抛出空指针异常
        if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
        //获取hash值
        int hash = spread(key.hashCode());
        int binCount = 0;
        //???
        for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
            Node<K,V> f; int n, i, fh;
            //table为null或空map时进行初始化
            if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
                tab = initTable();
            // 判断当前索引位置的数组上是否有值  无值那就是首元素插入
            //获取数组i索引的Node CAS操作 保持其它线程对table的改变在这里可见
            else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
                //casTabAt主要用于CAS比较该索引处是否为null防止其它线程已改变该值,null则插入,break结束死循环
                if (casTabAt(tab, i, null,
                             new Node<K,V>(hash, key, value, null)))
                    break;                   // no lock when adding to empty bin
            }
            //首地址处不null 并且Node的hash是-1  表示是ForwardingNode节点正在rehash扩容
            else if ((fh = f.hash) == MOVED)
                //帮助扩容
                tab = helpTransfer(tab, f);
            else {
                V oldVal = null;
                //对桶的首元素上锁独占
                synchronized (f) {
                    if (tabAt(tab, i) == f) {
                          // 桶中键值对组织形式是链表
                        if (fh >= 0) {
                            binCount = 1;
                            for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {
                                K ek;
                                if (e.hash == hash &&
                                    ((ek = e.key) == key ||
                                     (ek != null && key.equals(ek)))) {
                                    oldVal = e.val;
                                     // 查找到对应键值对,更新值
                                    if (!onlyIfAbsent)
                                        e.val = value;
                                    break;
                                }
                                Node<K,V> pred = e;
                                // 桶中没有对应键值对,插入到链表尾部
                                if ((e = e.next) == null) {
                                    pred.next = new Node<K,V>(hash, key,
                                                              value, null);
                                    break;
                                }
                            }
                        }
                          // 桶中键值对组织形式是红黑树
                        else if (f instanceof TreeBin) {
                            Node<K,V> p;
                            binCount = 2;
                            if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,
                                                           value)) != null) {
                                oldVal = p.val;
                                if (!onlyIfAbsent)
                                    p.val = value;
                            }
                        }
                    }
                }
                 // 检查桶中键值对总数
                if (binCount != 0) {
                    //大于固定长度,转换为红黑树
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
                        treeifyBin(tab, i);
                    if (oldVal != null)
                        return oldVal;
                    break;
                }
            }
        }
        // 更新baseCount
        addCount(1L, binCount);
        return null;
    }

转载于:https://www.cnblogs.com/renqiqiang/p/9451301.html

### ConcurrentHashMap 使用指南 ConcurrentHashMap 是 Java 提供的一种线程安全的 Map 实现,专为高并发环境设计。相比传统的 HashMap 和 Hashtable,它在多线程访问时表现出更高的性能和安全性。通过分段锁机制 CAS(Compare and Swap)操作,ConcurrentHashMap 能够支持多个线程同时读写而无需全局加锁。 #### 线程安全特性 ConcurrentHashMap 的线程安全特性来源于其内部实现机制。不同于 Hashtable 使用的 synchronized 方法进行全局加锁,ConcurrentHashMap 在 JDK 1.7 及之前版本中采用 **分段锁(Segment Locking)** 技术[^3]。每个 Segment 相当于一个独立的 HashTable,允许多个线程同时访问不同的 Segment,从而减少锁竞争,提高并发性能。 在 JDK 1.8 中,ConcurrentHashMap 进一步优化了其实现,使用 **桶锁(Bucket-level Locking)** 和 **红黑树结构** 来提升性能。此时,锁的粒度更细,仅对当前操作的桶进行加锁,进一步提高了并发能力[^5]。 #### 常用方法并发操作 ConcurrentHashMap 提供了一系列线程安全的操作方法,例如: - `putIfAbsent(K key, V value)`:只有当指定键不存在或映射值为 null 时才插入键值对。 - `computeIfPresent(K key, BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> remappingFunction)`:如果键存在,则根据提供的函数重新计算该键的值。 - `compute(K key, BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> remappingFunction)`:无论键是否存在,都尝试重新计算其映射值。 - `forEach(BiConsumer<? super K, ? super V> action)`:对每个键值对执行指定操作。 这些方法可以在不使用外部同步的情况下安全地用于多线程环境中[^2]。 #### 示例代码 以下是一个简单的示例,展示如何在 Spring Boot 应用中使用 ConcurrentHashMap 管理共享数据: ```java import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap; public class UserService { private final ConcurrentHashMap<String, Integer> userCountMap = new ConcurrentHashMap<>(); public void incrementUserCount(String department) { userCountMap.compute(department, (key, oldValue) -> (oldValue == null) ? 1 : oldValue + 1); } public int getUserCount(String department) { return userCountMap.getOrDefault(department, 0); } } ``` 上述代码中的 `compute` 方法确保在多线程环境下对用户计数的更新是线程安全的,无需额外的同步控制[^4]。 #### 适用场景 ConcurrentHashMap 非常适合以下场景: - **缓存系统**:如 Web 应用中缓存用户信息、会话状态等。 - **计数器**:统计在线人数、请求次数等。 - **任务调度**:管理待处理任务队列或资源池。 - **配置中心**:存储可动态更新的配置项。 由于其良好的并发性能,ConcurrentHashMap 成为了构建高性能服务端应用的重要组件之一。 ---
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