ConcurrentHashMap源码分析

构造方法

/**
 * Creates a new, empty map with the default initial table size (16).
 * 默认大小16
 */
public ConcurrentHashMap() {
}


/**
 * 自定义大小的构造函数
*/
public ConcurrentHashMap(int initialCapacity) {
        // 初始大小小于0抛出异常
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        int cap = ((initialCapacity >= (MAXIMUM_CAPACITY >>> 1)) ?
                   MAXIMUM_CAPACITY :
                   tableSizeFor(initialCapacity + (initialCapacity >>> 1) + 1));
        this.sizeCtl = cap;
}

/**
     * Returns a power of two table size for the given desired capacity.
     * 返回最接近传参值的2的次方数
     * 参考 Hackers Delight 第3.2节
     */
    private static final int tableSizeFor(int c) {
        int n = c - 1;
        n |= n >>> 1;
        n |= n >>> 2;
        n |= n >>> 4;
        n |= n >>> 8;
        n |= n >>> 16;
        return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
    }


public ConcurrentHashMap(int initialCapacity,
                             float loadFactor, int concurrencyLevel) {
        if (!(loadFactor > 0.0f) || initialCapacity < 0 || concurrencyLevel <= 0) // 合法性判断
            throw new IllegalArgumentException();
        if (initialCapacity < concurrencyLevel)   // Use at least as many bins
            initialCapacity = concurrencyLevel;   // as estimated threads
        long size = (long)(1.0 + (long)initialCapacity / loadFactor);
        int cap = (size >= (long)MAXIMUM_CAPACITY) ?
            MAXIMUM_CAPACITY : tableSizeFor((int)size);
        this.sizeCtl = cap;
    }

初始化table

初始化table的源码如下，关于为什么代码13行中，为什么要重复判断table是否为空，举例说明：

①当有两个线程A和B同时触发initTable时，此时的sizeCtl要么是初始值，要么是已经初始化成功后的值

②当线程A和B都进入循环时，判断执行U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)【其中U是sun.misc.Unsafe，Unsafe是借助C调用Cpu底层指令的类，SIZECTL是sizeCtl的偏移量】，此时线程A和B只有一个返回true，并且sc置为-1，这一步为原子操作

③假设线程A成功执行，sc置为-1，那么线程B则返回false并继续循环，此时由于线程A还未执行完，sc为-1，B则一直让出CPU

④此时线程A执行判断sc是否大于0，大于0则赋值n为sc，否则置为默认值16，然后创建一个大小为n的Node数组，并赋值到table

⑤sc=n-(n>>>2)，sizeCtl置为新的sc值，此时线程A结束初始化，线程B可能触发运行，这时候在代码第13行判断table是否为空，就能防止重新创建table了

/**
 * Initializes table, using the size recorded in sizeCtl.
 */
private final Node<K,V>[] initTable() {
        Node<K,V>[] tab; int sc;
        // table为空或者长度为0才初始化
        while ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
            if ((sc = sizeCtl) < 0)
                Thread.yield(); // sc用于并发的线程判断，小于0让出CPU
            else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {
                try {
                    // 这里重复判空，是为了防止多线程重复创建table
                    if ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
                        int n = (sc > 0) ? sc : DEFAULT_CAPACITY;
                        @SuppressWarnings("unchecked")
                        Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n];
                        table = tab = nt;
                        sc = n - (n >>> 2);
                    }
                } finally {
                    sizeCtl = sc;
                }
                break;
            }
        }
        return tab;
}

添加元素

/** Implementation for put and putIfAbsent */
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
        // key和value为空的抛出空指针异常
        if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
        // 重算hashcode，将hashcode的高位也应用到hashcode的取值，增加hashcode的复杂度，降低碰撞
        int hash = spread(key.hashCode());
        int binCount = 0;
        for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
            Node<K,V> f; int n, i, fh;
            // table为空的情况或者长度为0，初始化table
            if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
                tab = initTable();
            // 如果table中查询不到该hash值的数据，则直接创建节点
            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.hash值为MOVED ,即等于-1，代表有线程在处理
            else if ((fh = f.hash) == MOVED)
                // 帮助扩容，后面分析这个方法
                tab = helpTransfer(tab, f);
            else {
                V oldVal = null;
                // 对首个节点进行加锁，减少线程冲突
                synchronized (f) {
                    // 这里再次获取hash对应的table节点，判断节点是否一致，防止table发生改变
                    if (tabAt(tab, i) == f) {
                        // fh>=0,证明是正常的节点插入，不需要考虑红黑树
                        if (fh >= 0) {
                            binCount = 1;
                            for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {
                                K ek;
                                // 如果在链表中找到值为key的节点e，直接设置e.val = value即可。
                                if (e.hash == hash &&
                                    ((ek = e.key) == key ||
                                     (ek != null && key.equals(ek)))) {
                                    oldVal = e.val;
                                    if (!onlyIfAbsent)
                                        e.val = value;
                                    break;
                                }
                                // 如果没有找到值为key的节点，直接新建Node并加入链表即可。
                                Node<K,V> pred = e;
                                // put到末尾节点
                                if ((e = e.next) == null) {
                                    pred.next = new Node<K,V>(hash, key,
                                                              value, null);
                                    break;
                                }
                            }
                        }
                       // 如果首节点为TreeBin类型，说明为红黑树结构，执行putTreeVal操作。
                        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) {
                    // 添加完之后，判断是否需要树化
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
                        treeifyBin(tab, i);
                    if (oldVal != null)
                        return oldVal;
                    break;
                }
            }
        }
        // 计数加1，可能会触发扩容
        addCount(1L, binCount);
        return null;
}

// 查找元素是否存在，原子操作，支持并发
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);
}

// 新增一个元素，偏移量的计算都是((long)i << ASHIFT) + ABASE
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);
}

附加说明

在 Node 的子类 ForwardingNode 的构造方法中，可以看到MOVED作为 hash 值进行了初始化。

ForwardingNode(Node<K,V>[] tab) {
    super(MOVED, null, null, null);
    this.nextTable = tab;
}

而这个构造方法只在一个地方调用了，即 transfer（扩容） 方法。