采用的Segment+HashEntry(链表)的方式。Segment继承于ReentrantLock，所以每次并发的数量是Segment的数量。如下
采用的是Sychronized+Cas+Node(链表或红黑树)的方式。这样的并发粒度更细了，所以每次并发的数量是Table数组的长度。
- 基础的数据结构
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final int hash;
final K key;
volatile V val;
volatile Node<K,V> next;
}
//hash的取值和意义如下
static final int MOVED = -1; // hash for forwarding nodes
static final int TREEBIN = -2; // hash for roots of trees
static final int RESERVED = -3; // hash for transient reservations
static final int HASH_BITS = 0x7fffffff; // usable bits of normal node hash
//扩容时，将table中的元素迁移至nextTable . 扩容时非空
private transient volatile Node<K,V>[] nextTable;
//表示已经分配给扩容线程的table数组索引位置
private transient volatile int transferIndex;
//扩容线程每次最少要迁移16个hash桶
private static final int MIN_TRANSFER_STRIDE = 16;private transient volatile int sizeCtl;多线程之间，以volatile的方式读取sizeCtl属性，来判断ConcurrentHashMap当前所处的状态。通过cas设置sizeCtl属性，告知其他线程ConcurrentHashMap的状态变更。不同状态，sizeCtl所代表的含义也有所不同。
未初始化：sizeCtl=0：表示没有指定初始容量。sizeCtl>0：表示初始容量。 初始化中：sizeCtl=-1,标记作用，告知其他线程，正在初始化。 正常状态： sizeCtl=0.75n ,扩容阈值 扩容中:sizeCtl < 0 : 表示有其他线程正在执行扩容，sizeCtl = (resizeStamp(n) << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2 :表示此时只有一个线程在执行扩容
public ConcurrentHashMap(int initialCapacity) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException();
//确保cap是2的幂，且比initialCapacity刚刚大的2的n次幂，例如给9，返回16，给16 返回32
int cap = ((initialCapacity >= (MAXIMUM_CAPACITY >>> 1)) ?
MAXIMUM_CAPACITY :
tableSizeFor(initialCapacity + (initialCapacity >>> 1) + 1));
this.sizeCtl = cap;
}- 构造函数的时候并没有真正的初始化map,只是确定一个容量。真正的初始化等到put()的时候。
public V put(K key, V value) {
return putVal(key, value, false);
}
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;
//若还没初始化则初始化。
if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
tab = initTable();
//如果table中该位置为null,则Cas放入进去
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
}
//若正在扩容，则帮助扩容
else if ((fh = f.hash) == MOVED)
tab = helpTransfer(tab, f);
else {
V oldVal = null;
//否认hash冲突，则遍历链表或者红黑树，放到合适的位置
synchronized (f) {
if (tabAt(tab, i) == f) {
if (fh >= 0) {
binCount = 1;
for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {
K ek;
//如果已经存在旧值，则替换
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;
//找到末尾的节点，插入后面。
if ((e = e.next) == null) {
pred.next = new Node<K,V>(hash, key,
value, null);
break;
}
}
}
//如果是红黑树，则放到红黑树相应的位置
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) {
//如果达到转红黑树的阈值，则转红黑树
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
treeifyBin(tab, i);
if (oldVal != null)
return oldVal;
break;
}
}
}
//增加计数
addCount(1L, binCount);
return null;
}插入(key,value)的逻辑如下：
- 如果没初始化，则调用initTable()初始化。
- 如果table[i]这个位置为null,则CAS直接插入。
- 如果不为null,则判断是否在扩容。如果在扩容，则帮助扩容。
- 如果不在扩容，判断节点类型，如果是Node类型，则遍历链表，找到合适位置插入。如果这个key已经存在，则替换。
- 如果是红黑树节点类型，则遍历红黑树，找到合适位置插入。如果这个key已经存在，则替换。
- 增加计数
private final void addCount(long x, int check) {
CounterCell[] as; long b, s;
//没有竞争的情况下，直接更新basecount就行 否则用CounterCell记录
if ((as = counterCells) != null ||
!U.compareAndSwapLong(this, BASECOUNT, b = baseCount, s = b + x)) {
CounterCell a; long v; int m;
boolean uncontended = true;
//往as里面存储
if (as == null || (m = as.length - 1) < 0 ||
(a = as[ThreadLocalRandom.getProbe() & m]) == null ||
!(uncontended =
U.compareAndSwapLong(a, CELLVALUE, v = a.value, v + x))) {
//CAS失败，下面这个函数保障添加成功
fullAddCount(x, uncontended); //保证添加成功
return;
}
if (check <= 1)
return;
s = sumCount();
}
//看是否还需要扩容
if (check >= 0) {
Node<K,V>[] tab, nt; int n, sc;
while (s >= (long)(sc = sizeCtl) && (tab = table) != null &&
(n = tab.length) < MAXIMUM_CAPACITY) {
int rs = resizeStamp(n);
if (sc < 0) {
if ((sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs || sc == rs + 1 ||
sc == rs + MAX_RESIZERS || (nt = nextTable) == null ||
transferIndex <= 0)
break;
if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1))
transfer(tab, nt);
}
else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc,
(rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2))
transfer(tab, null);
s = sumCount();
}
}
}跟更新数目的步骤如下：
- CAS更新baseCount
- 第1步更新失败，则CAS更新CounterCell数组
- 第2步更新失败则通过fullAddCount()保证添加在CounterCell中
- 还要再检查一遍是否还需要扩容
调用size()的源码
public int size() {
long n = sumCount();
return ((n < 0L) ? 0 :
(n > (long)Integer.MAX_VALUE) ? Integer.MAX_VALUE :
(int)n);
}
final long sumCount() {
CounterCell[] as = counterCells; CounterCell a;
long sum = baseCount;
if (as != null) {
for (int i = 0; i < as.length; ++i) {
if ((a = as[i]) != null)
sum += a.value;
}
}
return sum;
}总的size=baseCount+CounterCell里面值。
private final void transfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V>[] nextTab) {
int n = tab.length, stride;
//将 length / 8 然后除以 CPU核心数。如果得到的结果小于 16，那么就使用 16。最小16
if ((stride = (NCPU > 1) ? (n >>> 3) / NCPU : n) < MIN_TRANSFER_STRIDE)
stride = MIN_TRANSFER_STRIDE; // subdivide range
if (nextTab == null) { // initiating
try {
@SuppressWarnings("unchecked")
//构造一个容量是原来2倍的数组
Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n << 1];
// 更新
nextTab = nt;
} catch (Throwable ex) { // try to cope with OOME
sizeCtl = Integer.MAX_VALUE;
return;
}
//把nextTable指向nt
nextTable = nextTab;
//把扩容桶的索引指向最后，从后往前复制。
transferIndex = n;
}
int nextn = nextTab.length;
// 创建一个 fwd 节点，用于占位。当别的线程发现这个槽位中是 fwd 类型的节点，则跳过这个节点。表示这个节点扩容完毕
ForwardingNode<K,V> fwd = new ForwardingNode<K,V>(nextTab);
// 首次推进为 true，如果等于 true，说明需要再次推进一个下标（i--），反之，如果是 false，那么就不能推进下标，需要将当前的下标处理完毕才能继续推进
boolean advance = true;
//标志扩容是否完毕
boolean finishing = false; // to ensure sweep before committing nextTab
//这个死循环开始扩容
for (int i = 0, bound = 0;;) {
Node<K,V> f; int fh;
//每个线程找到扩容的范围，上界nextIndex，下界bound。
while (advance) {
int nextIndex, nextBound;
if (--i >= bound || finishing)
advance = false;
//扩容的范围分配完毕，跳出循环
else if ((nextIndex = transferIndex) <= 0) {
i = -1;
advance = false;
}
//Cas获取范围
else if (U.compareAndSwapInt
(this, TRANSFERINDEX, nextIndex,
nextBound = (nextIndex > stride ?
nextIndex - stride : 0))) {
bound = nextBound;
i = nextIndex - 1;
advance = false;
}
}
//此时的i指向范围的上界
if (i < 0 || i >= n || i + n >= nextn) {
int sc;
//扩容完毕，清除一些变量
if (finishing) {
nextTable = null;
table = nextTab;
sizeCtl = (n << 1) - (n >>> 1);
return;
}
if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc = sizeCtl, sc - 1)) {
if ((sc - 2) != resizeStamp(n) << RESIZE_STAMP_SHIFT)
return;
finishing = advance = true;
i = n; // recheck before commit
}
}
else if ((f = tabAt(tab, i)) == null) //获取老 tab i 下标位置的变量，如果是 null，就使用 fwd 占位。
advance = casTabAt(tab, i, null, fwd); //如果成功写入 fwd 占位，再次推进一个下标
else if ((fh = f.hash) == MOVED) //已经处理了，推进一个下标
advance = true; // already processed
else {
//锁住头节点，复制。(避免复制的时候插入节点)
synchronized (f) {
if (tabAt(tab, i) == f) {
//定义地位链表，高位链表。与HashMap类似。要么在原来位置，要么在原来位置+旧的容量位置。
Node<K,V> ln, hn;
if (fh >= 0) {
int runBit = fh & n;
Node<K,V> lastRun = f;
//获取最后一个runBit，lastRun不变的位置。
for (Node<K,V> p = f.next; p != null; p = p.next) {
int b = p.hash & n;
if (b != runBit) {
runBit = b;
lastRun = p;
}
}
//此时lastRun记录的是最后一个hash值变化的Node，下面会有解释。
if (runBit == 0) {
ln = lastRun;
hn = null;
}
else {
hn = lastRun;
ln = null;
}
//以上的if,else.把lastRun节点变为ln,hn的首节点
for (Node<K,V> p = f; p != lastRun; p = p.next) {
int ph = p.hash; K pk = p.key; V pv = p.val;
//头插法插入进去，反转了链表
if ((ph & n) == 0)
ln = new Node<K,V>(ph, pk, pv, ln);
else
hn = new Node<K,V>(ph, pk, pv, hn);
}
//放在新的table对应的位置
setTabAt(nextTab, i, ln);
setTabAt(nextTab, i + n, hn);
//设置该节点扩容完毕
setTabAt(tab, i, fwd);
//索引可以开始移到下一个位置了
advance = true;
}
//如果节点是树节点
else if (f instanceof TreeBin) {
TreeBin<K,V> t = (TreeBin<K,V>)f;
TreeNode<K,V> lo = null, loTail = null;
TreeNode<K,V> hi = null, hiTail = null;
int lc = 0, hc = 0;
for (Node<K,V> e = t.first; e != null; e = e.next) {
int h = e.hash;
TreeNode<K,V> p = new TreeNode<K,V>
(h, e.key, e.val, null, null);
if ((h & n) == 0) {
if ((p.prev = loTail) == null)
lo = p;
else
loTail.next = p;
loTail = p;
++lc;
}
else {
if ((p.prev = hiTail) == null)
hi = p;
else
hiTail.next = p;
hiTail = p;
++hc;
}
}
//决定是把链表转化成红黑树，还是红黑树退化成链表
ln = (lc <= UNTREEIFY_THRESHOLD) ? untreeify(lo) :
(hc != 0) ? new TreeBin<K,V>(lo) : t;
hn = (hc <= UNTREEIFY_THRESHOLD) ? untreeify(hi) :
(lc != 0) ? new TreeBin<K,V>(hi) : t;
//把树放到新的table中
setTabAt(nextTab, i, ln);
setTabAt(nextTab, i + n, hn);
setTabAt(tab, i, fwd);
advance = true;
}
}
}
}
}
}lastRun:默认值为当前位置第一个Node，经过第一次循环，lastRun记录的是最后一个hash值变化的Node。 runBit:位置为每个节点的hash值与n进行与操作，经过第一次循环，runBit记录的是最后一个hash值变化的Node的hash值。
举个例子：
扩容的思路如下：
- 得到每个线程可以处理的桶的数量。
- 初始化临时变量 nextTable。将其在原有基础上扩容两倍。
- Cas获取索引值，以及复制的上界和下界。
- 如果节点是链表类型，则根据高位&n形成两个链表，放到新的table两个位置。
- 如果节点是树节点类型，也采用和链表的方法，形成两个红黑树，放到新table相应的位置。
- 把size+1;
public V get(Object key) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> e, p; int n, eh; K ek;
int h = spread(key.hashCode());
//如果存在且第一个节点就是，直接返回
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null) {
if ((eh = e.hash) == h) {
if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))
return e.val;
}
//如果正在扩容，说明这个节点复制完毕或者是TreeBin，则通过find获取。
else if (eh < 0)
return (p = e.find(h, key)) != null ? p.val : null;
//遍历链表获取
while ((e = e.next) != null) {
if (e.hash == h &&
((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))))
return e.val;
}
}
return null;
}get的逻辑如下:
- table数组指定位置的第一个节点就匹配成功，直接返回；
- table数组指定位置上的hash值小于0，此时当前位置可能已经被其他在扩容时处理过，或者当前位置的Node为一个TreeBin，不管是那种类型的Node，调用的都是find方法来获取Node节点；
- 其余情况下，直接遍历链表查找。
参考文章 https://juejin.im/post/5b00160151882565bd2582e0 https://juejin.im/post/5ae75584f265da0b873a4810 https://juejin.im/post/5b19f130f265da6e3029acf5