ConcurrentHashMap基于JDK1.8源码剖析
稀土 2018-04-14
前言
声明，本文用的是jdk1.8
前面章节回顾：
- Collection总览
- List集合就这么简单【源码剖析】
- Map集合、散列表、红黑树介绍
- HashMap就是这么简单【源码剖析】
- LinkedHashMap就这么简单【源码剖析】
- TreeMap就这么简单【源码剖析】
本篇主要讲解ConCurrentHashMap~
看这篇文章之前最好是有点数据结构的基础：
- Java实现单向链表
- 栈和队列就是这么简单
- 二叉树就这么简单
当然了，如果讲得有错的地方还请大家多多包涵并不吝在评论去指正～
一、ConCurrentHashMap剖析
ConCurrentHashMap在初学的时候反正我是没有接触过的，不知道你们接触过了没有~
这个类听得也挺少的，在集合中是比较复杂的一个类了，它涉及到了一些多线程的知识点。
不了解或忘记多线程知识点的同学也不要怕，哪儿用到了多线程的知识点，我都会简单介绍一下，并给出对应的资料去阅读的~
好了，我们就来开始吧~
1.1初识ConCurrentHashMap
ConCurrentHashMap的底层是：散列表+红黑树，与HashMap是一样的。
从前面的章节我们也可以发现：最快了解一下类是干嘛的，我们看源码的顶部注释就可以了！
我简单翻译了一下顶部的注释(我英文水平渣，如果有错的地方请多多包涵~欢迎在评论区下指正)
根据上面注释我们可以简单总结：
- JDK1.8底层是散列表+红黑树
- ConCurrentHashMap支持高并发的访问和更新，它是线程安全的
- 检索操作不用加锁，get方法是非阻塞的
- key和value都不允许为null
1.2JDK1.7底层实现
上面指明的是JDK1.8底层是：散列表+红黑树，也就意味着，JDK1.7的底层跟JDK1.8是不同的~
JDK1.7的底层是：segments+HashEntry数组：
图来源：https://blog.csdn.net/panweiwei1994/article/details/78897275
- Segment继承了ReentrantLock,每个片段都有了一个锁，叫做“锁分段”
大概了解一下即可~
1.3有了Hashtable为啥需要ConCurrentHashMap
- Hashtable是在每个方法上都加上了Synchronized完成同步，效率低下。
- ConcurrentHashMap通过在部分加锁和利用CAS算法来实现同步。
1.4CAS算法和volatile简单介绍
在看ConCurrentHashMap源码之前，我们来简单讲讲CAS算法和volatile关键字
CAS（比较与交换，Compare and swap） 是一种有名的无锁算法
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
- 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(A和内存值V相同时，将内存值V修改为B)，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(否则什么都不做)
看了上面的描述应该就很容易理解了，先比较是否相等，如果相等则替换(CAS算法)
接下来我们看看volatile关键字，在初学的时候也很少使用到volatile这个关键字。反正我没用到，而又经常在看Java相关面试题的时候看到它，觉得是一个挺神秘又很难的一个关键字。其实不然，还是挺容易理解的~
volatile经典总结：volatile仅仅用来保证该变量对所有线程的可见性，但不保证原子性
我们将其拆开来解释一下：
- 保证该变量对所有线程的可见性
- 在多线程的环境下：当这个变量修改时，所有的线程都会知道该变量被修改了，也就是所谓的“可见性”
- 不保证原子性
- 修改变量(赋值)实质上是在JVM中分了好几步，而在这几步内(从装载变量到修改)，它是不安全的。
如果没看懂或者想要深入了解其原理和可参考下列博文：
- http://www.cnblogs.com/Mainz/p/3556430.html
- https://www.cnblogs.com/Mainz/p/3546347.html
- http://www.dataguru.cn/java-865024-1-1.html
1.5ConCurrentHashMap域
域对象有这么几个：
我们来简单看一下他们是什么东东：
初次阅读完之后，有的属性我也不太清楚它是干什么的，在继续阅读之后可能就明朗了~
1.6ConCurrentHashMap构造方法
ConcurrentHashMap的构造方法有5个：
具体的实现是这样子的：
可以发现，在构造方法中有几处都调用了tableSizeFor()，我们来看一下他是干什么的：
点进去之后发现，啊，原来我看过这个方法，在HashMap的时候.....
它就是用来获取大于参数且最接近2的整次幂的数...
赋值给sizeCtl属性也就说明了：这是下次扩容的大小~
1.7put方法
终于来到了最核心的方法之一：put方法啦~~~~
我们先来整体看一下put方法干了什么事：
接下来，我们来看看初始化散列表的时候干了什么事：initTable()
- 只让一个线程对散列表进行初始化！
1.8get方法
从顶部注释我们可以读到，get方法是不用加锁的，是非阻塞的。
我们可以发现，Node节点是重写的，设置了volatile关键字修饰，致使它每次获取的都是最新设置的值
二、总结
上面简单介绍了ConcurrentHashMap的核心知识，还有很多知识点都没有提及到，作者的水平也不能将其弄懂~~有兴趣进入的同学可到下面的链接继续学习。
下面我来简单总结一下ConcurrentHashMap的核心要点：
- 底层结构是散列表(数组+链表)+红黑树，这一点和HashMap是一样的。
- Hashtable是将所有的方法进行同步，效率低下。而ConcurrentHashMap作为一个高并发的容器，它是通过部分锁定+CAS算法来进行实现线程安全的。CAS算法也可以认为是乐观锁的一种~
- 在高并发环境下，统计数据(计算size...等等)其实是无意义的，因为在下一时刻size值就变化了。
- get方法是非阻塞，无锁的。重写Node类，通过volatile修饰next来实现每次获取都是最新设置的值
- ConcurrentHashMap的key和Value都不能为null
参考资料：
- https://blog.csdn.net/u010723709/article/details/48007881
- https://blog.csdn.net/melod_bc/article/details/54150679
- https://blog.csdn.net/panweiwei1994/article/details/78897275
- https://www.jianshu.com/p/e694f1e868ec
明天要是无意外的话，可能会写Set集合，敬请期待哦~~~~
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