ConcurrentHashMap实现原理-源码调试

来源：互联网发布：sql降序排列编辑：程序博客网时间：2024/04/30 03:42

ConcurrentHashMap线程安全的总结是我从源码分析出来的：

ConcurrentHashMap所谓线程安全是如果没有哈希冲突使用compareAndSwapObject方式新增节点，如果哈希冲突的时候锁住哈希冲突的节点，这样新增的节点是线程安全的，而 ConcurrentHashMap又不像hashtable那样整个put方法被锁定，所以性能比hashtable要好，因为这样不影响其他节点的插入和读取。

ConcurrentHashMap使用CAS技术插入新的Node，在添加到一个empty bin的时候。CAS是项乐观锁技术，当多个线程尝试使用CAS同时更新同一个变量时，只有其中一个线程能更新变量的值，而其它线程都失败，失败的线程并不会被挂起，而是被告知这次竞争中失败，并可以再次尝试。

具体看下面完整的分析过程就知道了。

[java] view plain copy
 
Map<String, String> cm = new ConcurrentHashMap<String, String>();  
        for (int i = 0; i < 20; i++) {  
            cm.put((char) (i + 65) + (char) (i + 66) + (char) (i + 67) + "", i + ">>>http://blog.csdn.net/unix21/");  
        }  

注释写的很清楚

[python] view plain copy
 
/* ---------------- Public operations -------------- */  
  
    /**  
     * Creates a new, empty map with the default initial table size (16).  
     */  
    public ConcurrentHashMap() {  
    }  

再到

[java] view plain copy
 
public abstract class AbstractMap<K,V> implements Map<K,V> {  
    /** 
     * Sole constructor.  (For invocation by subclass constructors, typically 
     * implicit.) 
     */  
    protected AbstractMap() {  
    }  
  
    // Query Operations  
  
    /** 
     * {@inheritDoc} 
     * 
     * @implSpec 
     * This implementation returns <tt>entrySet().size()</tt>. 
     */  
    public int size() {  
        return entrySet().size();  
    }  

第一次put

下面是完整的

[java] view plain copy
 
/** Implementation for put and putIfAbsent */  
    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;  
            if (tab == null || (n = tab.length) == 0)  
                tab = initTable();  
            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  
            }  
            else if ((fh = f.hash) == MOVED)  
                tab = helpTransfer(tab, f);  
            else {  
                V oldVal = null;  
                synchronized (f) {  
                    if (tabAt(tab, i) == f) {  
                        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;  
                                }  
                            }  
                        }  
                        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) {  
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)  
                        treeifyBin(tab, i);  
                    if (oldVal != null)  
                        return oldVal;  
                    break;  
                }  
            }  
        }  
        addCount(1L, binCount);  
        return null;  
    }  

可以看出ConcurrentHashMap不是像hashTable一样整个put方法synchronized

initTable()

Thread.yield(); // lost initialization race; just spin

U.compareAndSwapInt

compareAndSwapInt() 是sun.misc.Unsafe类中的一个本地方法。

对此，我们需要了解的是 compareAndSetState(expect, update) 是以原子的方式操作当前线程；若当前线程的状态为expect，则设置它的状态为update。

下一步

回到putVal

下一步

这次无需初始化了

进入casTabAt，又用到了U.compareAndSwapObject完成新节点的插入

关于CAS https://en.wikipedia.org/wiki/Compare-and-swap

C语言实现

[cpp] view plain copy
 
int compare_and_swap(int* reg, int oldval, int newval)  
{  
  ATOMIC();  
  int old_reg_val = *reg;  
  if (old_reg_val == oldval)  
     *reg = newval;  
  END_ATOMIC();  
  return old_reg_val;  
}  

要实现无锁（lock-free）的非阻塞算法有多种实现方法，其中CAS（比较与交换，Compare and swap）是一种有名的无锁算法。
CAS, CPU指令，在大多数处理器架构，包括IA32、Space中采用的都是CAS指令，CAS的语义是“我认为V的值应该为A，如果是，那么将V的值更新为B，否则不修改并告诉V的值实际为多少”，
CAS是项乐观锁技术，当多个线程尝试使用CAS同时更新同一个变量时，只有其中一个线程能更新变量的值，而其它线程都失败，失败的线程并不会被挂起，而是被告知这次竞争中失败，并可以再次尝试。
CAS有3个操作数，内存值V，旧的预期值A，要修改的新值B。当且仅当预期值A和内存值V相同时，将内存值V修改为B，否则什么都不做。

参考：非阻塞同步算法与CAS(Compare and Swap)无锁算法

回到putval

和hashmap和hashtable一样，ConcurrentHashMap内部也是有一个静态嵌套类实现节点的

[java] view plain copy
 
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {  
        final int hash;  
        final K key;  
        volatile V val;  
        volatile Node<K,V> next;  
  
        Node(int hash, K key, V val, Node<K,V> next) {  
            this.hash = hash;  
            this.key = key;  
            this.val = val;  
            this.next = next;  
        }  