本文详细解析了ConcurrentHashMap的内部结构、核心原子性操作，包括put方法的实现、treeifyBin转换机制，以及get、remove和replace方法的工作原理。重点展示了如何通过CAS和volatile保证并发一致性。
ConcurrentHashMap
1.继承关系
public class ConcurrentHashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
implements ConcurrentMap<K,V>, Serializable{}
跟 map 一样，继承自 AbstractMap ,但是实现的 ConcurrentMap 接口，ConcurrentMap与Map接口区别主要在于是否允许null值，以及对于并发的操作是否抛出 ConcurrentModificationException 异常，以及通过synchronized保障一些操作（compute，merge）的原子性,只要保证操作的原子性后，那我们使用volatile标识变量，或者设定一个标识符，就可以保整并发状态下的一致性，可见性，原子性
核心原子性操作
//获得在i位置上的Node节点
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);
}
//利用CAS算法设置i位置上的Node节点。之所以能实现并发是因为他指定了原来这个节点的值是多少
//在CAS算法中，会比较内存中的值与你指定的这个值是否相等，如果相等才接受你的修改，否则拒绝你的修改
//因此当前线程中的值并不是最新的值，这种修改可能会覆盖掉其他线程的修改结果 有点类似于SVN
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);
}
//利用volatile方法设置节点位置的值
static final <K,V> void setTabAt(Node<K,V>[] tab, int i, Node<K,V> v) {
U.putObjectVolatile(tab, ((long)i << ASHIFT) + ABASE, v);
}
2.put
/** Implementation for put and putIfAbsent */
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
// key跟value都不允许空值
if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
// 计算Hash值
int hash = spread(key.hashCode());
// 记录链表长度
int binCount = 0;
for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
Node<K,V> f; int n, i, fh;
// 如果数组长度为空，进行初始化
if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
tab = initTable();
// 获取链表的第一个元素，为空则新建，使用CAS赋值
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
}
// 如果f的Hash等于MOVED则扩容
else if ((fh = f.hash) == MOVED)
tab = helpTransfer(tab, f);
// 如果头结点不为空，加锁
else {
V oldVal = null;
synchronized (f) {
if (tabAt(tab, i) == f) {
// 头结点hash>0为链表
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) {
pred.next = new Node<K,V>(hash, key,
value, null);
break;
}
}
}
// 要是为Treebin，那就是红黑树
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;
}
}
}
}
if (binCount != 0) {
// 链表长度大于阈值，转化为树
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
treeifyBin(tab, i);
if (oldVal != null)
return oldVal;
break;
}
}
}
// 这个里面巨复杂，大概就是对数组长度计数，并且实现了数组扩容
addCount(1L, binCount);
return null;
}
2.1treeifyBin（）
private final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int index) {
Node<K,V> b; int n, sc;
if (tab != null) {
// 如果数组长度没到转换阈值，那么只扩容
if ((n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
// 这个方法中，主要使用CAS来更新数组size
tryPresize(n << 1);
// 原子操作获取当前节点，然后加锁，进行转换
else if ((b = tabAt(tab, index)) != null && b.hash >= 0) {
synchronized (b) {
// 判断有没有被改变
if (tabAt(tab, index) == b) {
// 还是遍历先生成一个双向链表
TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
for (Node<K,V> e = b; e != null; e = e.next) {
TreeNode<K,V> p =
new TreeNode<K,V>(e.hash, e.key, e.val,
null, null);
if ((p.prev = tl) == null)
hd = p;
else
tl.next = p;
tl = p;
}
// 原子操作设置节点值
setTabAt(tab, index, new TreeBin<K,V>(hd));
}
}
}
}
}
3.get
其实get主函数里并没有加锁的操作，因为对于volatile变量来说，根据同步缓存协议，变更会使其他任务线程的缓存失效，从而从主存读取；
public V get(Object key) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> e, p; int n, eh; K ek;
int h = spread(key.hashCode());
// 如果数组不为空
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
// 使用原子操作 tabAt 来获取（并发核心）
(e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null) {
// 找到并且hash值，key值都相等，则返回头结点val
if ((eh = e.hash) == h) {
if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))
return e.val;
}
// 此时在迁移或扩容
else if (eh < 0)
return (p = e.find(h, key)) != null ? p.val : null;
// 说明此时是个链表,直接遍历找出val;
while ((e = e.next) != null) {
if (e.hash == h &&
((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))))
return e.val;
}
}
return null;
}
4.remove(),replace()
都是调用的replaceNode方法，只不过找到val的时候，判断一下vlaue参数是否为null，remove直接删除，replace替换
// value 是新的，cv 不为null的话要找到的node.val== cv 才替换
final V replaceNode(Object key, V value, Object cv) {
int hash = spread(key.hashCode());
for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
Node<K,V> f; int n, i, fh;
// 数组为空或者index位置为空，直接跳出
if (tab == null || (n = tab.length) == 0 ||
(f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null)
break;
// 如果在扩容，调用helpTransfer帮助扩容
else if ((fh = f.hash) == MOVED)
tab = helpTransfer(tab, f);
else {
V oldVal = null;
boolean validated = false;
// 锁住头结点，保证是操作的并发性
synchronized (f) {
if (tabAt(tab, i) == f) {
// 链表情况，循环查找
if (fh >= 0) {
validated = true;
for (Node<K,V> e = f, pred = null;;) {
K ek;
if (e.hash == hash &&
((ek = e.key) == key ||
(ek != null && key.equals(ek)))) {
V ev = e.val;
//remove跟replace的几种情况
if (cv == null || cv == ev ||
(ev != null && cv.equals(ev))) {
oldVal = ev;
if (value != null)//replace
e.val = value;
else if (pred != null)//remove,且不是头结点
pred.next = e.next;
else//头结点使用原子操作
setTabAt(tab, i, e.next);
}
break;
}
pred = e;
if ((e = e.next) == null)
break;
}
}
// 红黑树情况，查找使用findTreeNode,删除使用removeTreeNode，剩下的流程跟链表一样
else if (f instanceof TreeBin) {
validated = true;
TreeBin<K,V> t = (TreeBin<K,V>)f;
TreeNode<K,V> r, p;
if ((r = t.root) != null &&
(p = r.findTreeNode(hash, key, null)) != null) {
V pv = p.val;
if (cv == null || cv == pv ||
(pv != null && cv.equals(pv))) {
oldVal = pv;
if (value != null)
p.val = value;
else if (t.removeTreeNode(p))
setTabAt(tab, i, untreeify(t.first));
}
}
}
}
}
if (validated) {
if (oldVal != null) {
if (value == null)
addCount(-1L, -1);
return oldVal;
}
break;
}
}
}
return null;
}
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