ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap 简单介绍

①、重要的常量：

• private transient volatile int sizeCtl;

• 当为负数时，-1 表示正在初始化，-N 表示 N - 1 个线程正在进行扩容；

• 当为 0 时，表示 table 还没有初始化；

• 当为其他正数时，表示初始化或者下一次进行扩容的大小。

②、数据结构：

• Node 是存储结构的基本单元，继承 HashMap 中的 Entry，用于存储数据；

• TreeNode 继承 Node，但是数据结构换成了二叉树结构，是红黑树的存储结构，用于红黑树中存储数据；

• TreeBin 是封装 TreeNode 的容器，提供转换红黑树的一些条件和锁的控制。

③、存储对象时（put() 方法）：

• 如果没有初始化，就调用 initTable() 方法来进行初始化；

• 如果没有 hash 冲突就直接 CAS 无锁插入；

• 如果需要扩容，就先进行扩容；

• 如果存在 hash 冲突，就加锁来保证线程安全，两种情况：一种是链表形式就直接遍历到尾端插入，一种是红黑树就按照红黑树结构插入；

• 如果该链表的数量大于阀值 8，就要先转换成红黑树的结构，break 再一次进入循环

• 如果添加成功就调用 addCount() 方法统计 size，并且检查是否需要扩容。

④、扩容方法 transfer()：默认容量为 16，扩容时，容量变为原来的两倍。

• helpTransfer()：调用多个工作线程一起帮助进行扩容，这样的效率就会更高。

⑤、获取对象时（get()方法）：

• 计算 hash 值，定位到该 table 索引位置，如果是首结点符合就返回；

• 如果遇到扩容时，会调用标记正在扩容结点 ForwardingNode.find()方法，查找该结点，匹配就返回；

• 以上都不符合的话，就往下遍历结点，匹配就返回，否则最后就返回 null。

为什么 ConcurrentHashMap 比 HashTable 效率要高

HashTable 使用一把锁（锁住整个链表结构）处理并发问题，多个线程竞争一把锁，容易阻塞；

ConcurrentHashMap

• JDK 1.7 中使用分段锁（ReentrantLock + Segment + HashEntry），相当于把一个 HashMap 分成多个段，每段分配一把锁，这样支持多线程访问。锁粒度：基于 Segment，包含多个 HashEntry。

• JDK 1.8 中使用 CAS + synchronized + Node + 红黑树。锁粒度：Node（首结点）（实现 Map.Entry<K,V>）。锁粒度降低了。

ConcurrentHashMap 在 JDK 1.8 中，为什么要使用内置锁 synchronized 来代替重入锁 ReentrantLock

• 粒度降低了；

• JVM 开发团队没有放弃 synchronized，而且基于 JVM 的 synchronized 优化空间更大，更加自然。

• 在大量的数据操作下，对于 JVM 的内存压力，基于 API 的 ReentrantLock 会开销更多的内存。

ConcurrentHashMap 的并发度是什么

程序运行时能够同时更新 ConccurentHashMap 且不产生锁竞争的最大线程数。默认为 16，且可以在构造函数中设置。当用户设置并发度时，ConcurrentHashMap 会使用大于等于该值的最小 2 幂指数作为实际并发度（假如用户设置并发度为 17，实际并发度则为 32

总结

• 在 1.8 中 ConcurrentHashMap 的 get 操作全程不需要加锁，这也是它比其他并发集合比如 hashtable、用 Collections.synchronizedMap()包装的 hashmap 安全效率高的原因之一。

• get 操作全程不需要加锁是因为 Node 的成员 val 是用 volatile 修饰的和数组用 volatile 修饰没有关系。

• 数组用 volatile 修饰主要是保证在数组扩容的时候保证可见性