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ConcurrentHashMap 源码分析 - 扩容

作者:zarmnosaj
  • 2022 年 6 月 13 日
  • 本文字数:3203 字

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ConcurrentHashMap 源码分析-扩容

扩容时的线程安全

ConcurrentHashMap 扩容的时机和 HashMap 相同,都是在 put 方法中的最后一步检查是否需要扩容。


ConcurrentHashMap 扩容的思路:


  1. 首先需要把老数组的值全部拷贝到扩容之后的新数组上,先从数组的队尾开始拷贝;

  2. 拷贝数组的槽点时,先把原数组槽点锁住,保证原数组槽点不能操作,成功拷贝到新数组时,把原数组槽点赋值为转移节点;

  3. 这时如果有新数据正好需要 put 到此槽点时,发现槽点为转移节点,就会一直等待,所以在扩容完成之前,该槽点对应的数据是不会发生变化的;

  4. 从数组的尾部拷贝到头部,每拷贝成功一次,就把原数组中的节点设置成转移节点;

  5. 直到所有数组数据都拷贝到新数组时,直接把新数组整个赋值给数组容器,拷贝完成。


源码:


方法主要分成了两步:


  1. 新建新的空数组

  2. 移动拷贝每个元素到新数组中去


private final void transfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V>[] nextTab) {    int n = tab.length, stride;    if ((stride = (NCPU > 1) ? (n >>> 3) / NCPU : n) < MIN_TRANSFER_STRIDE)        stride = MIN_TRANSFER_STRIDE; // subdivide range    if (nextTab == null) {            // initiating        try {            @SuppressWarnings("unchecked")            Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n << 1];            nextTab = nt;        } catch (Throwable ex) {      // try to cope with OOME            sizeCtl = Integer.MAX_VALUE;            return;        }        nextTable = nextTab;        transferIndex = n;    }    int nextn = nextTab.length;    ForwardingNode<K,V> fwd = new ForwardingNode<K,V>(nextTab);    boolean advance = true;    boolean finishing = false; // to ensure sweep before committing nextTab    for (int i = 0, bound = 0;;) {        Node<K,V> f; int fh;        while (advance) {            int nextIndex, nextBound;            if (--i >= bound || finishing)                advance = false;            else if ((nextIndex = transferIndex) <= 0) {                i = -1;                advance = false;            }            else if (U.compareAndSwapInt                     (this, TRANSFERINDEX, nextIndex,                      nextBound = (nextIndex > stride ?                                   nextIndex - stride : 0))) {                bound = nextBound;                i = nextIndex - 1;                advance = false;            }        }        if (i < 0 || i >= n || i + n >= nextn) {            int sc;            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)            advance = casTabAt(tab, i, null, fwd);        else if ((fh = f.hash) == MOVED)            advance = true; // already processed        else {            synchronized (f) {                if (tabAt(tab, i) == f) {                    Node<K,V> ln, hn;                    if (fh >= 0) {                        int runBit = fh & n;                        Node<K,V> lastRun = f;                        for (Node<K,V> p = f.next; p != null; p = p.next) {                            int b = p.hash & n;                            if (b != runBit) {                                runBit = b;                                lastRun = p;                            }                        }                        if (runBit == 0) {                            ln = lastRun;                            hn = null;                        }                        else {                            hn = lastRun;                            ln = null;                        }                        for (Node<K,V> p = f; p != lastRun; p = p.next) {                            int ph = p.hash; K pk = p.key; V pv = p.val;                            if ((ph & n) == 0)                                ln = new Node<K,V>(ph, pk, pv, ln);                            else                                hn = new Node<K,V>(ph, pk, pv, hn);                        }                        setTabAt(nextTab, i, ln);                        setTabAt(nextTab, i + n, hn);                        setTabAt(tab, i, fwd);                        advance = true;                    }                    else if (f instanceof TreeBin) {                        …………                        setTabAt(tab, i, fwd);                        advance = true;                    }                }            }        }    }}
复制代码


Node<K,V>[] tab, Node<K,V>[] nextTab tab:原数组,nextTab:新数组


int n = tab.length, stride; 获取老数组的长度


if (nextTab == null) { } 判断新数组为空,初始化,大小为原数组的两倍,n << 1


int nextn = nextTab.length; 获取新数组的长度


ForwardingNode<K,V> fwd = new ForwardingNode<K,V>(nextTab); 代表转移节点,如果原数组上是转移节点,说明该节点正在被扩容


for (int i = 0, bound = 0;;) { } 无限自旋,i 的值会从原数组的最大值开始,慢慢递减到 0


if (--i >= bound || finishing) advance = false;结束循环的标志


if (i < 0 || i >= n || i + n >= nextn) { } if 任意条件满足说明拷贝结束了


if (finishing) { nextTable = null; table = nextTab; sizeCtl = (n << 1) - (n >>> 1); return; }拷贝结束,直接赋值,因为每次拷贝完一个节点,都在原数组上放转移节点,拷贝完成的节点数据一定不会发生变化。原数组发现是转移节点,是不会操作的,会一直等待转移节点消失之后在进行操作


if (tabAt(tab, i) == f) { } 进行节点的拷贝


for (Node<K,V> p = f; p != lastRun; p = p.next) {    int ph = p.hash; K pk = p.key; V pv = p.val;    if ((ph & n) == 0)        ln = new Node<K,V>(ph, pk, pv, ln);    else        hn = new Node<K,V>(ph, pk, pv, hn);}
复制代码


如果节点只有单个数据,直接拷贝,如果是链表,循环多次组成链表拷贝


setTabAt(nextTab, i, ln); setTabAt(nextTab, i + n, hn); 在新数组位置上放置拷贝的值


setTabAt(tab, i, fwd); advance = true;在老数组位置上放上 ForwardingNode 节点

总结:

  1. 拷贝槽点时,会把原数组的槽点锁住;

  2. 拷贝成功之后,会把原数组的槽点设置成转移节点,这样如果有数据需要 put 到该节点时,发现该槽点是转移节点,会一直等待,直到扩容成功之后,才能继续 put;

  3. 从尾到头进行拷贝,拷贝成功就把原数组的槽点设置成转移节点;等扩容拷贝都完成之后,直接把新数组的值赋值给数组容器,之前等待 put 的数据才能继续 put;

  4. 扩容通过在原数组上设置转移节点,put 时碰到转移节点时会等待扩容成功之后才能 put ,保证了整个扩容过程中肯定是线程安全的。

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