Java1.8下的ConcurrentHashMap【简要总结】

1.8的ConcurrentHashMap摒弃了1.7的Segment设计，而是在1.8HashMap的基础上实现了线程安全的版本，即也是采用的数组+链表+红黑树的形式。

数组可以扩容，链表可以转化为红黑树。

有一个重要的参数sizeCtl，代表数组的大小(但是还有其他权值及其含义，后面详细讲)

用户可以设置一个初始容量initialCapacity给ConcurrentHashMap，sizeCtl=大于(1.5倍initialCapacity+1)的最小的2的幂次。如initialCapacity=20，则sizeCtl=32，如initialCapacity=24，则sizeCtl=64。

初始化的时候，会按照sizeCtl的大小创建出对应大小的数组。

put过程

1、如果数组还未初始化，那么进行初始化，这里会进行初始化，这里会通过一个CAS操作将sizeCtl设置为-1，设置成功的，可以进行初始化操作；

2、根据key的hash值找到对应的桶，如果桶还不存在，那么通过一个CAS操作来设置桶的第一个元素，失败的继续执行下面的逻辑，即向桶中插入或更新；

3、如果找到的桶存在，但是桶的第一元素的hash值是-1，说明此时桶正在进行迁移操作，这一块会在下面的扩容中详细谈及；

4、如果找到的桶存在，那么要么是链表结构，要么是红黑树结构，此时需要获取该桶的锁，在锁定的情况下执行链表或红黑树的插入或更新。

如果桶中的第一个元素的hash值大于0，说明是链表结构，则对链表插入或者更新；

如果桶中的第一个元素是TreeBin，说明是红黑树结构，则按照红黑树的方式进行插入或者更新。

在锁的保护下，插入或者更新完毕后，如果是链表结构，需要判断链表中元素的数量是否超过8(默认)，一旦超过，就需要考虑进行数组扩容，或者是链表转红黑树。

扩容过程

一旦链表中的元素个数超过8个，那么可以执行数组扩容或者是链表转为红黑树，这里依据的策略跟HashMap依据的策略是一致的。

当数组长度还未达到64个时，优先数组的扩容，否则选择链表转为红黑树。

扩容还是采用2倍扩容的方式。

第一个执行的线程会首先设置sizeCtl属性为一个负值，然后执行transfer(tab,null)，其他晚进来的线程会检查当前扩容是否已经完成，没完成则帮助其进行扩容，完成了则直接退出。

该ConcurrentHashMap的扩容操作可以允许多个线程并发进行，那么就要处理好任务的分配工作。每个线程获取一部分桶的迁移任务，如果当前线程的任务完成，查看是否还有未迁移的桶，若有则继续领取任务执行，若没有则退出。在退出时需要检查是否还有其他线程在参与迁移工作，如果有则自己什么也不做直接退出，如果没有了则执行最后的收尾工作。

问题1：当前线程如何感知其他线程也在参与迁移工作？

靠sizeCtl的值，它初始值是一个负值=(rs<<RESIZE_STAMP_SHIFT)+2，每当一个线程参与进来执行迁移工作时，则该值进行CAS自增，该线程的任务执行完毕要退出时对该值进行CAS自减操作，所以当sizeCtl的值等于上述初值则说明了此时未有其他线程还在执行迁移工作，可以去执行收尾工作了。

问题2：任务按照何规则进行分片？

上述stride表示每个分片的大小，目前有最低要求16，即每个分片至少有16个桶。stride的计算依赖于CPU的核数，如果只有1个核，那么此时就不用分片了，即stride=n/其他情况就是(n>>>3)/NCPU。

问题3：如何记录已经分出去的任务？

ConcurrentHashMap含有一个属性trnasferIndex(初值为最后一个桶)，表示从transferIndex开始到后面所有的桶的迁移任务已经被分配出去了。所以每次线程领取扩容任务，则需要对该属性进行CAS的减操作，即一般是transferIndex-stride。

问题4：每个线程如何处理分到的部分桶的迁移工作？

1、第一个获取到分片的线程会创建一个新的数组，容量是之前的2倍。

2、遍历自己所分到的桶：

(1)桶中元素不存在，则通过CAS操作设置桶中的第一个元素为ForwardingNode，其hash值为MOVED(-1)，同时该元素含有新的数组引用；

(2)此时若其他线程进行put操作，发现第一个元素的hash值为-1则代表正在进行扩容操作(并且表明该桶已经完成扩容操作了，可以直接在新的数组中重新进行hash和插入操作)，该线程就可以去参与进去，或者没有任务则不用参与，此时可以去直接操作新的数组了；

(3)桶中元素存在且hash值为-1，则说明该桶已经被处理了(本不会出现多个线程重叠的情况，这里主要是该线程在执行完所有的任务后再次进行检查，再次核对)

(4)桶中为链表或者红黑树结构，则需要获取桶锁，防止其他线程对该桶进行put操作，然后处理方式同HashMap的处理方式一样，对桶中元素分为2类，分别代表当前桶中和要迁移到新桶中的元素。设置完毕后代表桶迁移工作已经完成，旧数组中该桶可以设成ForwardingNode了。

get过程

1、根据key计算出hash值，找到对应的数组index；

2、如果该index位置无元素则直接返回null；

3、如果该元素有元素：

(1)如果第一个元素的hash值小于0，则该节点可能为ForwardingNode或者红黑树节点TreeBin；

(2)如果是ForwardingNode(表示当前正在扩容)，使用新的数组来进行查找；

(3)如果是红黑树节点TreeBin，使用红黑树的查找方式来进行查找；

(4)如果第一个元素的hash值大于等于0，则为链表结构，依次遍历即可找到对应的元素。