JDK1.8中 ConcurrentHashMap 中的CAS 和 synchronized是如何使用的

本文深入解析了Java并发环境下HashMap的putVal方法,详细介绍了如何使用CAS将新节点写入数组空位,以及在指定位置不为空时,通过synchronized锁添加节点到链表或红黑树的过程。

CAS:在判断数组中当前位置为null的时候,使用CAS来把这个新的Node写入数组中对应的位置

synchronized :当数组中的指定位置不为空时,通过加锁来添加这个节点进入数组(链表<8)或者是红黑树(链表>=8)

详细过程看下面源码

    final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
        if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
        int hash = spread(key.hashCode());
        int binCount = 0;
        for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
            Node<K,V> f; int n, i, fh;
            //判断tab是否为null
            if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
                tab = initTable();
            //数组中当前位置是null就创建一个新的Node,通过CAS写入数组指定位置
            else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
                if (casTabAt(tab, i, null,
                             new Node<K,V>(hash, key, value, null)))
                    break;                   // no lock when adding to empty bin
            }
            //当前节点正在扩容
            else if ((fh = f.hash) == MOVED)
                tab = helpTransfer(tab, f);
            //指定位置不为null
            else {
                V oldVal = null;
            //加synchronized 锁
                synchronized (f) {
                    if (tabAt(tab, i) == f) {
                       //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;
                                    if (!onlyIfAbsent)
                                        e.val = value;
                                    break;
                                }
                                Node<K,V> pred = e;
                                if ((e = e.next) == null) {
                                //尾插法
                                    pred.next = new Node<K,V>(hash, key,
                                                              value, null);
                                    break;
                                }
                            }
                        }
                       //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;
                            }
                        }
                    }
                }
                if (binCount != 0) {
                    //大于8转红黑树
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
                        treeifyBin(tab, i);
                    if (oldVal != null)
                        return oldVal;
                    break;
                }
            }
        }
        addCount(1L, binCount);
        return null;
    }

 

ConcurrentHashMap是Java中线程安全的哈希表实现,它提供了比HashtableSynchronizedMap更好的并发性能可伸缩性。 ConcurrentHashMap的实现原理主要包括以下几个方面: 1. 分段锁设计 ConcurrentHashMap将整个Map分成了多个Segment,每个Segment默认是一个长度为16的数组(可以通过构造函数指定长度)。每个Segment维护了一个HashEntry数组一个Segment锁。在ConcurrentHashMap中,所有的操作都是在Segment的粒度上进行的,不同的Segment之间可以并发操作。 2. Hash表Hash算法 ConcurrentHashMap的底层数据结构是一个哈希表,每个元素是一个HashEntry,其中包含了key、valuenext指针。在ConcurrentHashMap中,使用了一种称为“位运算”的Hash算法,可以在不需要锁的情况下计算出每个元素的位置,从而提高了并发性能。 3. CAS操作 在ConcurrentHashMap中,使用CAS(Compare And Swap)操作来保证线程安全,而不是像HashtableSynchronizedMap一样使用全局锁。通过CAS操作,可以在不加锁的情况下对某个元素进行修改,从而提高了并发性能。 4. Jdk1.8的改进 在Jdk1.8中,ConcurrentHashMap的实现进行了一些改进,主要包括了以下几个方面: - Segment被废弃了,使用Node数组代替; - 使用了红黑树来优化链表的查找性能; - 使用了批量操作来减少CAS操作的次数,提高了并发性能。 总的来说,ConcurrentHashMap的实现原理是通过分段锁、哈希表CAS操作来保证线程安全,同时利用了JDK1.8的一些改进来提高并发性能。
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