ConcurrentHashMap介绍-编程知识

一、ConcurrentHashMap

1.1 存储结构

ConcurrentHashMap是线程安全的HashMap

ConcurrentHashMap在JDK1.8中是以CAS+synchronized实现的线程安全

CAS：在没有hash冲突时（Node要放在数组上时）

synchronized：在出现hash冲突时（Node存放的位置已经有数据了）

存储的结构：数组+链表+红黑树

1.2 存储操作

1.2.1 put方法

public V put(K key, V value) {// 在调用put方法时，会调用putVal，第三个参数默认传递为false// 在调用putIfAbsent时，会调用putVal方法，第三个参数传递的为true// 如果传递为false，代表key一致时，直接覆盖数据// 如果传递为true，代表key一致时，什么都不做，key不存在，正常添加（Redis，setnx）return putVal(key, value, false);
}

1.2.2 putVal方法-散列算法

final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {// ConcurrentHashMap不允许key或者value出现为null的值，跟HashMap的区别if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();// 根据key的hashCode计算出一个hash值，后期得出当前key-value要存储在哪个数组索引位置int hash = spread(key.hashCode());// 一个标识，在后面有用！int binCount = 0;// 省略大量的代码……
}// 计算当前Node的hash值的方法
static final int spread(int h) {// 将key的hashCode值的高低16位进行^运算，最终又与HASH_BITS进行了&运算// 将高位的hash也参与到计算索引位置的运算当中// 为什么HashMap、ConcurrentHashMap，都要求数组长度为2^n// HASH_BITS让hash值的最高位符号位肯定为0，代表当前hash值默认情况下一定是正数，因为hash值为负数时，有特殊的含义// static final int MOVED     = -1; // 代表当前hash位置的数据正在扩容！// static final int TREEBIN   = -2; // 代表当前hash位置下挂载的是一个红黑树// static final int RESERVED  = -3; // 预留当前索引位置……return (h ^ (h >>> 16)) & HASH_BITS;// 计算数组放到哪个索引位置的方法   (f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)// n：是数组的长度
}
00001101 00001101 00101111 10001111  - h = key.hashCode运算方式
00000000 00000000 00000000 00001111  - 15 (n - 1)
&
(
(
00001101 00001101 00101111 10001111  - h
^
00000000 00000000 00001101 00001101  - h >>> 16
)
&
01111111 11111111 11111111 11111111  - HASH_BITS
)

1.2.3 putVal方法-添加数据到数组&初始化数组

final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {// 省略部分代码…………// 将Map的数组赋值给tab，死循环for (Node<K,V>[] tab = table;;) {// 声明了一堆变量~~// n:数组长度// i:当前Node需要存放的索引位置// f: 当前数组i索引位置的Node对象// fn：当前数组i索引位置上数据的hash值Node<K,V> f; int n, i, fh;// 判断当前数组是否还没有初始化if (tab == null || (n = tab.length) == 0)// 将数组进行初始化。tab = initTable();// 基于 (n - 1) & hash 计算出当前Node需要存放在哪个索引位置// 基于tabAt获取到i位置的数据else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {// 现在数组的i位置上没有数据，基于CAS的方式将数据存在i位置上if (casTabAt(tab, i, null,new Node<K,V>(hash, key, value, null)))// 如果成功，执行break跳出循环，插入数据成功break;   }// 判断当前位置数据是否正在扩容……else if ((fh = f.hash) == MOVED)// 让当前插入数据的线程协助扩容tab = helpTransfer(tab, f);// 省略部分代码…………}// 省略部分代码…………
}sizeCtl：是数组在初始化和扩容操作时的一个控制变量
-1：代表当前数组正在初始化
小于-1：低16位代表当前数组正在扩容的线程个数（如果1个线程扩容，值为-2，如果2个线程扩容，值为-3）
0：代表数组还没初始化
大于0：代表当前数组的扩容阈值，或者是当前数组的初始化大小
// 初始化数组方法
private final Node<K,V>[] initTable() {// 声明标识Node<K,V>[] tab; int sc;// 再次判断数组没有初始化，并且完成tab的赋值while ((tab = table) == null || tab.length == 0) {// 将sizeCtl赋值给sc变量，并判断是否小于0if ((sc = sizeCtl) < 0)Thread.yield(); // 可以尝试初始化数组，线程会以CAS的方式，将sizeCtl修改为-1，代表当前线程可以初始化数组else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {// 尝试初始化！try {// 再次判断当前数组是否已经初始化完毕。if ((tab = table) == null || tab.length == 0) {// 开始初始化，// 如果sizeCtl > 0，就初始化sizeCtl长度的数组// 如果sizeCtl == 0，就初始化默认的长度int n = (sc > 0) ? sc : DEFAULT_CAPACITY;// 初始化数组！Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n];// 将初始化的数组nt，赋值给tab和tabletable = tab = nt;// sc赋值为了数组长度 - 数组长度 右移 2位    16 - 4 = 12// 将sc赋值为下次扩容的阈值sc = n - (n >>> 2);}} finally {// 将赋值好的sc，设置给sizeCtlsizeCtl = sc;}break;}}return tab;
}

1.2.4 putVal方法-添加数据到链表

final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {// 省略部分代码…………int binCount = 0;for (Node<K,V>[] tab = table;;) {Node<K,V> f; int n, i, fh;// n:数组长度// i:当前Node需要存放的索引位置// f: 当前数组i索引位置的Node对象// fn：当前数组i索引位置上数据的hash值// 省略部分代码…………else {// 声明变量为oldValV oldVal = null;// 基于当前索引位置的Node，作为锁对象……synchronized (f) {// 判断当前位置的数据还是之前的f么……（避免并发操作的安全问题）if (tabAt(tab, i) == f) {// 再次判断hash值是否大于0（不是树）if (fh >= 0) {// binCount设置为1（在链表情况下，记录链表长度的一个标识）binCount = 1;// 死循环，每循环一次，对binCountfor (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {// 声明标识ekK ek;// 当前i索引位置的数据，是否和当前put的key的hash值一致if (e.hash == hash &&// 如果当前i索引位置数据的key和put的key == 返回为true// 或者equals相等((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))) {// key一致，可能需要覆盖数据！// 当前i索引位置数据的value复制给oldValoldVal = e.val;// 如果传入的是false，代表key一致，覆盖value// 如果传入的是true，代表key一致，什么都不做！if (!onlyIfAbsent)// 覆盖valuee.val = value;break;}// 拿到当前指定的Node对象Node<K,V> pred = e;// 将e指向下一个Node对象,如果next指向的是一个null，可以挂在当前Node下面if ((e = e.next) == null) {// 将hash，key，value封装为Node对象，挂在pred的next上pred.next = new Node<K,V>(hash, key,value, null);break;}}}// 省略部分代码…………}}// binCount长度不为0if (binCount != 0) {// binCount是否大于8（链表长度是否 >= 8）if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)// 尝试转为红黑树或者扩容// 基于treeifyBin方法和上面的if判断，可以得知链表想要转为红黑树，必须保证数组长度大于等于64，并且链表长度大于等于8// 如果数组长度没有达到64的话，会首先将数组扩容treeifyBin(tab, i);// 如果出现了数据覆盖的情况，if (oldVal != null)// 返回之前的值return oldVal;break;}}}// 省略部分代码…………
}// 为什么链表长度为8转换为红黑树，不是能其他数值嘛？
// 因为布松分布The main disadvantage of per-bin locks is that other update* operations on other nodes in a bin list protected by the same* lock can stall, for example when user equals() or mapping* functions take a long time.  However, statistically, under* random hash codes, this is not a common problem.  Ideally, the* frequency of nodes in bins follows a Poisson distribution* (http://en.wikipedia.org/wiki/Poisson_distribution) with a* parameter of about 0.5 on average, given the resizing threshold* of 0.75, although with a large variance because of resizing* granularity. Ignoring variance, the expected occurrences of* list size k are (exp(-0.5) * pow(0.5, k) / factorial(k)). The* first values are:** 0:    0.60653066* 1:    0.30326533* 2:    0.07581633* 3:    0.01263606* 4:    0.00157952* 5:    0.00015795* 6:    0.00001316* 7:    0.00000094* 8:    0.00000006* more: less than 1 in ten million

1.3 扩容操作

1.3.1 treeifyBin方法触发扩容

// 在链表长度大于等于8时，尝试将链表转为红黑树
private final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int index) {Node<K,V> b; int n, sc;// 数组不能为空if (tab != null) {// 数组的长度n，是否小于64if ((n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)// 如果数组长度小于64，不能将链表转为红黑树，先尝试扩容操作tryPresize(n << 1);// 省略部分代码……}
}

1.3.2 tryPreSize方法-针对putAll的初始化操作

// size是将之前的数组长度 左移 1位得到的结果
private final void tryPresize(int size) {// 如果扩容的长度达到了最大值，就使用最大值// 否则需要保证数组的长度为2的n次幂// 这块的操作，是为了初始化操作准备的，因为调用putAll方法时，也会触发tryPresize方法// 如果刚刚new的ConcurrentHashMap直接调用了putAll方法的话，会通过tryPresize方法进行初始化int c = (size >= (MAXIMUM_CAPACITY >>> 1)) ? MAXIMUM_CAPACITY :tableSizeFor(size + (size >>> 1) + 1);// 这些代码和initTable一模一样// 声明scint sc;// 将sizeCtl的值赋值给sc，并判断是否大于0，这里代表没有初始化操作，也没有扩容操作while ((sc = sizeCtl) >= 0) {// 将ConcurrentHashMap的table赋值给tab，并声明数组长度nNode<K,V>[] tab = table; int n;// 数组是否需要初始化if (tab == null || (n = tab.length) == 0) {// 进来执行初始化// sc是初始化长度，初始化长度如果比计算出来的c要大的话，直接使用sc，如果没有sc大，// 说明sc无法容纳下putAll中传入的map，使用更大的数组长度n = (sc > c) ? sc : c;// 设置sizeCtl为-1，代表初始化操作if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {try {// 再次判断数组的引用有没有变化if (table == tab) {// 初始化数组Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n];// 数组赋值table = nt;// 计算扩容阈值sc = n - (n >>> 2);}} finally {// 最终赋值给sizeCtlsizeCtl = sc;}}}// 如果计算出来的长度c如果小于等于sc，直接退出循环结束方法// 数组长度大于等于最大长度了，直接退出循环结束方法else if (c <= sc || n >= MAXIMUM_CAPACITY)break;// 省略部分代码}
}// 将c这个长度设置到最近的2的n次幂的值，   15 - 16     17 - 32
// c == size + (size >>> 1) + 1
// size = 17
00000000 00000000 00000000 00010001
+ 
00000000 00000000 00000000 00001000
+
00000000 00000000 00000000 00000001
// c = 26
00000000 00000000 00000000 00011010
private static final int tableSizeFor(int c) {// 00000000 00000000 00000000 00011001int n = c - 1;// 00000000 00000000 00000000 00011001// 00000000 00000000 00000000 00001100// 00000000 00000000 00000000 00011101n |= n >>> 1;// 00000000 00000000 00000000 00011101// 00000000 00000000 00000000 00000111// 00000000 00000000 00000000 00011111n |= n >>> 2;// 00000000 00000000 00000000 00011111// 00000000 00000000 00000000 00000001// 00000000 00000000 00000000 00011111n |= n >>> 4;// 00000000 00000000 00000000 00011111// 00000000 00000000 00000000 00000000// 00000000 00000000 00000000 00011111n |= n >>> 8;// 00000000 00000000 00000000 00011111n |= n >>> 16;// 00000000 00000000 00000000 00100000return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;}

1.3.3 tryPreSize方法-计算扩容戳并且查看BUG

private final void tryPresize(int size) {// n：数组长度while ((sc = sizeCtl) >= 0) {// 判断当前的tab是否和table一致，else if (tab == table) {// 计算扩容表示戳，根据当前数组的长度计算一个16位的扩容戳// 第一个作用是为了保证后面的sizeCtl赋值时，保证sizeCtl为小于-1的负数// 第二个作用用来记录当前是从什么长度开始扩容的int rs = resizeStamp(n);// BUG --- sc < 0，永远进不去~// 如果sc小于0，代表有线程正在扩容。if (sc < 0) {// 省略部分代码……协助扩容的代码（进不来~~~~）}// 代表没有线程正在扩容，我是第一个扩容的。else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc,(rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2))// 省略部分代码……第一个扩容的线程……}}
}
// 计算扩容表示戳
// 32 =  00000000 00000000 00000000 00100000
// Integer.numberOfLeadingZeros(32) = 26
// 1 << (RESIZE_STAMP_BITS - 1) 
// 00000000 00000000 10000000 00000000
// 00000000 00000000 00000000 00011010
// 00000000 00000000 10000000 00011010
static final int resizeStamp(int n) {return Integer.numberOfLeadingZeros(n) | (1 << (RESIZE_STAMP_BITS - 1));
}

1.3.4 tryPreSize方法-对sizeCtl的修改以及条件判断的BUG

private final void tryPresize(int size) {// sc默认为sizeCtlwhile ((sc = sizeCtl) >= 0) {else if (tab == table) {// rs：扩容戳  00000000 00000000 10000000 00011010int rs = resizeStamp(n);if (sc < 0) {// 说明有线程正在扩容，过来帮助扩容Node<K,V>[] nt;// 依然有BUG// 当前线程扩容时，老数组长度是否和我当前线程扩容时的老数组长度一致// 00000000 00000000 10000000 00011010if ((sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs  // 10000000 00011010 00000000 00000010 // 00000000 00000000 10000000 00011010// 这两个判断都是有问题的，核心问题就应该先将rs左移16位，再追加当前值。// 这两个判断是BUG// 判断当前扩容是否已经即将结束|| sc == rs + 1   // sc == rs << 16 + 1 BUG// 判断当前扩容的线程是否达到了最大限度|| sc == rs + MAX_RESIZERS   // sc == rs << 16 + MAX_RESIZERS BUG// 扩容已经结束了。|| (nt = nextTable) == null // 记录迁移的索引位置，从高位往低位迁移，也代表扩容即将结束。|| transferIndex <= 0)break;// 如果线程需要协助扩容，首先就是对sizeCtl进行+1操作，代表当前要进来一个线程协助扩容if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1))// 上面的判断没进去的话，nt就代表新数组transfer(tab, nt);}// 是第一个来扩容的线程// 基于CAS将sizeCtl修改为  10000000 00011010 00000000 00000010 // 将扩容戳左移16位之后，符号位是1，就代码这个值为负数// 低16位在表示当前正在扩容的线程有多少个,// 为什么低位值为2时，代表有一个线程正在扩容// 每一个线程扩容完毕后，会对低16位进行-1操作，当最后一个线程扩容完毕后，减1的结果还是-1，// 当值为-1时，要对老数组进行一波扫描，查看是否有遗漏的数据没有迁移到新数组else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc,(rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2))// 调用transfer方法，并且将第二个参数设置为null，就代表是第一次来扩容！transfer(tab, null);}}
}

1.3.5 transfer方法-计算每个线程迁移的长度

// 开始扩容   tab=oldTable
private final void transfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V>[] nextTab) {// n = 数组长度// stride = 每个线程一次性迁移多少数据到新数组int n = tab.length, stride;// 基于CPU的内核数量来计算，每个线程一次性迁移多少长度的数据最合理// NCPU = 4// 举个栗子：数组长度为1024 - 512 - 256 - 128 / 4 = 32// MIN_TRANSFER_STRIDE = 16,为每个线程迁移数据的最小长度if ((stride = (NCPU > 1) ? (n >>> 3) / NCPU : n) < MIN_TRANSFER_STRIDE)stride = MIN_TRANSFER_STRIDE; // 根据CPU计算每个线程一次迁移多长的数据到新数组，如果结果大于16，使用计算结果。 如果结果小于16，就使用最小长度16
}

1.3.6 transfer方法-构建新数组并查看标识属性

// 以32长度数组扩容到64位例子
private final void transfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V>[] nextTab) {// n = 老数组长度   32// stride = 步长   16// 第一个进来扩容的线程需要把新数组构建出来if (nextTab == null) {try {// 将原数组长度左移一位，构建新数组长度Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n << 1];// 赋值操作nextTab = nt;} catch (Throwable ex) {   // 到这说明已经达到数组长度的最大取值范围sizeCtl = Integer.MAX_VALUE;// 设置sizeCtl后直接结束return;}// 将成员变量的新数组赋值nextTable = nextTab;// 迁移数据时，用到的标识，默认值为老数组长度transferIndex = n;   // 32}// 新数组长度int nextn = nextTab.length;  // 64// 在老数组迁移完数据后，做的标识ForwardingNode<K,V> fwd = new ForwardingNode<K,V>(nextTab);// 迁移数据时，需要用到的标识boolean advance = true;boolean finishing = false; // 省略部分代码
}

1.3.7 transfer方法-线程领取迁移任务

// 以32长度扩容到64位为例子
private final void transfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V>[] nextTab) {// n：32// stride：16int n = tab.length, stride;if (nextTab == null) { // 省略部分代码…………// nextTable：新数组nextTable = nextTab;// transferIndex：0transferIndex = n;}// nextn：64int nextn = nextTab.length;ForwardingNode<K,V> fwd = new ForwardingNode<K,V>(nextTab);// advance：true，代表当前线程需要接收任务，然后再执行迁移，  如果为false，代表已经接收完任务boolean advance = true;// finishing：false，是否迁移结束！boolean finishing = false; // 循环……// i = 15     代表当前线程迁移数据的索引值！！// bound = 0for (int i = 0, bound = 0;;) {// f = null// fh = 0Node<K,V> f; int fh;// 当前线程要接收任务while (advance) {// nextIndex = 16// nextBound = 16int nextIndex, nextBound;// 第一次进来，这两个判断肯定进不去。// 对i进行--，并且判断当前任务是否处理完毕！if (--i >= bound || finishing)advance = false;// 判断transferIndex是否小于等于0，代表没有任务可领取，结束了。// 在线程领取任务会，会对transferIndex进行修改，修改为transferIndex - stride// 在任务都领取完之后，transferIndex肯定是小于等于0的，代表没有迁移数据的任务可以领取else if ((nextIndex = transferIndex) <= 0) {i = -1;advance = false;}// 当前线程尝试领取任务else if (U.compareAndSwapInt(this, TRANSFERINDEX, nextIndex,nextBound = (nextIndex > stride ? nextIndex - stride : 0))) {// 对bound赋值bound = nextBound;// 对i赋值i = nextIndex - 1;// 设置advance设置为false，代表当前线程领取到任务了。advance = false;}}// 开始迁移数据，并且在迁移完毕后，会将advance设置为true}
}

1.3.8 transfer方法-迁移结束操作

// 以32长度扩容到64位为例子
private final void transfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V>[] nextTab) {for (int i = 0, bound = 0;;) {while (advance) {// 判断扩容是否已经结束！// i < 0：当前线程没有接收到任务！// i >= n: 迁移的索引位置，不可能大于数组的长度，不会成立// i + n >= nextn：因为i最大值就是数组索引的最大值，不会成立if (i < 0 || i >= n || i + n >= nextn) {// 如果进来，代表当前线程没有接收到任务int sc;// finishing为true，代表扩容结束if (finishing) {// 将nextTable新数组设置为nullnextTable = null;// 将当前数组的引用指向了新数组~table = nextTab;// 重新计算扩容阈值    64 - 16 = 48sizeCtl = (n << 1) - (n >>> 1);// 结束扩容return;}// 当前线程没有接收到任务，让当前线程结束扩容操作。// 采用CAS的方式，将sizeCtl - 1，代表当前并发扩容的线程数 - 1if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc = sizeCtl, sc - 1)) {// sizeCtl的高16位是基于数组长度计算的扩容戳，低16位是当前正在扩容的线程个数if ((sc - 2) != resizeStamp(n) << RESIZE_STAMP_SHIFT)// 代表当前线程并不是最后一个退出扩容的线程，直接结束当前线程扩容return;// 如果是最后一个退出扩容的线程，将finishing和advance设置为truefinishing = advance = true;// 将i设置为老数组长度，让最后一个线程再从尾到头再次检查一下，是否数据全部迁移完毕。i = n; }}// 开始迁移数据，并且在迁移完毕后，会将advance设置为true }
}

1.3.9 transfer方法-迁移数据（链表）

// 以32长度扩容到64位为例子
private final void transfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V>[] nextTab) {// 省略部分代码…………for (int i = 0, bound = 0;;) {// 省略部分代码…………if (i < 0 || i >= n || i + n >= nextn) {   // 省略部分代码…………}// 开始迁移数据，并且在迁移完毕后，会将advance设置为true // 获取指定i位置的Node对象，并且判断是否为nullelse if ((f = tabAt(tab, i)) == null)// 当前桶位置没有数据，无需迁移，直接将当前桶位置设置为fwdadvance = casTabAt(tab, i, null, fwd);// 拿到当前i位置的hash值，如果为MOVED，证明数据已经迁移过了。else if ((fh = f.hash) == MOVED)// 一般是给最后扫描时，使用的判断，如果迁移完毕，直接跳过当前位置。advance = true; // already processedelse {// 当前桶位置有数据，先锁住当前桶位置。synchronized (f) {// 判断之前取出的数据是否为当前的数据。if (tabAt(tab, i) == f) {// ln：null  - lowNode// hn：null  - highNodeNode<K,V> ln, hn;// hash大于0，代表当前Node属于正常情况，不是红黑树，使用链表方式迁移数据if (fh >= 0) {// lastRun机制//   000000000010000// 这种运算结果只有两种，要么是0，要么是nint runBit = fh & n;// 将f赋值给lastRunNode<K,V> lastRun = f;// 循环的目的就是为了得到链表下经过hash & n结算，结果一致的最后一些数据// 在迁移数据时，值需要迁移到lastRun即可，剩下的指针不需要变换。for (Node<K,V> p = f.next; p != null; p = p.next) {int b = p.hash & n;if (b != runBit) {runBit = b;lastRun = p;}}// runBit == 0，赋值给lnif (runBit == 0) {ln = lastRun;hn = null;}// rubBit == n,赋值给hnelse {hn = lastRun;ln = null;}// 循环到lastRun指向的数据即可，后续不需要再遍历for (Node<K,V> p = f; p != lastRun; p = p.next) {// 获取当前Node的hash值，key值，value值。int ph = p.hash; K pk = p.key; V pv = p.val;// 如果hash&n为0，挂到lowNode上if ((ph & n) == 0)ln = new Node<K,V>(ph, pk, pv, ln);// 如果hash&n为n，挂到highNode上elsehn = new Node<K,V>(ph, pk, pv, hn);}// 采用CAS的方式，将ln挂到新数组的原位置setTabAt(nextTab, i, ln);// 采用CAS的方式，将hn挂到新数组的原位置 + 老数组长度setTabAt(nextTab, i + n, hn);// 采用CAS的方式，将当前桶位置设置为fwdsetTabAt(tab, i, fwd);// advance设置为true，保证可以进入到while循环，对i进行--操作advance = true;}// 省略迁移红黑树的操作}}}}
}

1.3.10 helpTransfer方法-协助扩容

// 在添加数据时，如果插入节点的位置的数据，hash值为-1，代表当前索引位置数据已经被迁移到了新数组
// tab：老数组
// f：数组上的Node节点
final Node<K,V>[] helpTransfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V> f) {// nextTab：新数组// sc：给sizeCtl做临时变量Node<K,V>[] nextTab; int sc;// 第一个判断：老数组不为null// 第二个判断：新数组不为null  （将新数组赋值给nextTab）if (tab != null && (f instanceof ForwardingNode) && (nextTab = ((ForwardingNode<K,V>)f).nextTable) != null) {// ConcurrentHashMap正在扩容// 基于老数组长度计算扩容戳int rs = resizeStamp(tab.length);// 第一个判断：fwd中的新数组，和当前正在扩容的新数组是否相等。    相等：可以协助扩容。不相等：要么扩容结束，要么开启了新的扩容// 第二个判断：老数组是否改变了。     相等：可以协助扩容。不相等：扩容结束了// 第三个判断：如果正在扩容，sizeCtl肯定为负数，并且给sc赋值while (nextTab == nextTable && table == tab && (sc = sizeCtl) < 0) {// 第一个判断：将sc右移16位，判断是否与扩容戳一致。 如果不一致，说明扩容长度不一样，退出协助扩容// 第二个、三个判断是BUG：/*sc == rs << 16 + 1 ||      如果+1和当前sc一致，说明扩容已经到了最后检查的阶段sc == rs << 16 + MAX_RESIZERS ||    判断协助扩容的线程是否已经达到了最大值*/// 第四个判断：transferIndex是从高索引位置到低索引位置领取数据的一个核心属性，如果满足 小于等于0，说明任务被领光了。if ((sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs || sc == rs + 1 ||sc == rs + MAX_RESIZERS || transferIndex <= 0)// 不需要协助扩容break;// 将sizeCtl + 1，进来协助扩容if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1)) {// 协助扩容transfer(tab, nextTab);break;}}return nextTab;}return table;
}

1.4 红黑树操作

在前面搞定了关于数据+链表的添加和扩容操作，现在要搞定红黑树。因为红黑树的操作有点乱，先对红黑树结构有一定了解。

1.4.1 什么是红黑树

红黑树是一种特殊的平衡二叉树，首选具备了平衡二叉树的特点：左子树和右子数的高度差不会超过1，如果超过了，平衡二叉树就会基于左旋和右旋的操作，实现自平衡。

红黑树在保证自平衡的前提下，还保证了自己的几个特性：

每个节点必须是红色或者黑色。
根节点必须是黑色。
如果当前节点是红色，子节点必须是黑色
所有叶子节点都是黑色。
从任意节点到每个叶子节点的路径中，黑色节点的数量是相同的。

当对红黑树进行增删操作时，可能会破坏平衡或者是特性，这是红黑树就需要基于左旋、右旋、变色来保证平衡和特性。

左旋操作：

右旋操作：

变色操作：节点的颜色从黑色变为红色，或者从红色变为黑色，就成为变色。变色操作是在增删数据之后，可能出现的操作。插入数据时，插入节点的颜色一般是红色，因为插入红色节点的破坏红黑树结构的可能性比较低的。如果破坏了红黑树特性，会通过变色来调整

红黑树相对比较复杂，完整的红黑树代码400~500行内容，没有必要全部记下来，或者首先红黑树。

如果向细粒度掌握红黑树的结构：https://www.mashibing.com/subject/21?courseNo=339

1.4.2 TreeifyBin方法-封装TreeNode和双向链表

// 将链表转为红黑树的准备操作
private final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int index) {// b：当前索引位置的NodeNode<K,V> b; int sc;if (tab != null) {// 省略部分代码// 开启链表转红黑树操作// 当前桶内有数据，并且是链表结构else if ((b = tabAt(tab, index)) != null && b.hash >= 0) {// 加锁，保证线程安全synchronized (b) {// 再次判断数据是否有变化，DCLif (tabAt(tab, index) == b) {// 开启准备操作，将之前的链表中的每一个Node，封装为TreeNode，作为双向链表// hd：是整个双向链表的第一个节点。 // tl：是单向链表转换双向链表的临时存储变量TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;for (Node<K,V> e = b; e != null; e = e.next) {TreeNode<K,V> p = new TreeNode<K,V>(e.hash, e.key, e.val, null, null);if ((p.prev = tl) == null)hd = p;elsetl.next = p;tl = p;}// hd就是整个双向链表// TreeBin的有参构建，将双向链表转为了红黑树。setTabAt(tab, index, new TreeBin<K,V>(hd));}}}}
}

1.4.3 TreeBin有参构造-双向链表转为红黑树

TreeBin中不但保存了红黑树结构，同时还保存在一套双向链表

// 将双向链表转为红黑树的操作。 b：双向链表的第一个节点
// TreeBin继承自Node，root：代表树的根节点，first：双向链表的头节点
TreeBin(TreeNode<K,V> b) {// 构建Node，并且将hash值设置为-2super(TREEBIN, null, null, null);// 将双向链表的头节点赋值给firstthis.first = b;// 声明r的TreeNode，最后会被赋值为根节点TreeNode<K,V> r = null;// 遍历之前封装好的双向链表for (TreeNode<K,V> x = b, next; x != null; x = next) {next = (TreeNode<K,V>)x.next;// 先将左右子节点清空x.left = x.right = null;// 如果根节点为null，第一次循环if (r == null) {// 将第一个节点设置为当前红黑树的根节点x.parent = null;  // 根节点没父节点x.red = false;  // 不是红色，是黑色r = x; // 将当前节点设置为r}// 已经有根节点，当前插入的节点要作为父节点的左子树或者右子树else {// 拿到了当前节点key和hash值。K k = x.key;int h = x.hash;Class<?> kc = null;// 循环？for (TreeNode<K,V> p = r;;) {// dir：如果为-1，代表要插入到父节点的左边，如果为1，代表要插入的父节点的右边// ph：是父节点的hash值int dir, ph;// pk：是父节点的keyK pk = p.key;// 父节点的hash值，大于当前节点的hash值，就设置为-1，代表要插入到父节点的左边if ((ph = p.hash) > h)dir = -1;// 父节点的hash值，小于当前节点的hash值，就设置为1，代表要插入到父节点的右边else if (ph < h)dir = 1;// 父节点的hash值和当前节点hash值一致，基于compare方式判断到底放在左子树还是右子树else if ((kc == null &&(kc = comparableClassFor(k)) == null) ||(dir = compareComparables(kc, k, pk)) == 0)dir = tieBreakOrder(k, pk);// 拿到当前父节点。TreeNode<K,V> xp = p;// 将p指向p的left、right，并且判断是否为null// 如果为null，代表可以插入到这位置。if ((p = (dir <= 0) ? p.left : p.right) == null) {// 进来就说明找到要存放当前节点的位置了// 将当前节点的parent指向父节点x.parent = xp;// 根据dir的值，将父节点的left、right指向当前节点if (dir <= 0)xp.left = x;elsexp.right = x;// 插入一个节点后，做一波平衡操作r = balanceInsertion(r, x);break;}}}}// 将根节点复制给rootthis.root = r;// 检查红黑树结构assert checkInvariants(root);
}

1.4.4 balanceInsertion方法-保证红黑树平衡以及特性

// 红黑树的插入动画：https://www.cs.usfca.edu/~galles/visualization/RedBlack.html
// 红黑树做自平衡以及保证特性的操作。  root：根节点，  x：当前节点
static <K,V> TreeNode<K,V> balanceInsertion(TreeNode<K,V> root, TreeNode<K,V> x) {// 先将节点置位红色x.red = true;// xp：父节点// xpp：爷爷节点// xppl：爷爷节点的左子树// xxpr：爷爷节点的右子树for (TreeNode<K,V> xp, xpp, xppl, xppr;;) {// 拿到父节点，并且父节点为红if ((xp = x.parent) == null) {// 当前节点为根节点，置位黑色x.red = false;return x;}// 父节点不是红色，爷爷节点为nullelse if (!xp.red || (xpp = xp.parent) == null)// 什么都不做，直接返回return root;// =====================================// 左子树的操作if (xp == (xppl = xpp.left)) {// 通过变色满足红黑树特性if ((xppr = xpp.right) != null && xppr.red) {// 叔叔节点和父节点变为黑色xppr.red = false;xp.red = false;// 爷爷节点置位红色xpp.red = true;// 让爷爷节点作为当前节点，再走一次循环x = xpp;}else {// 如果当前节点是右子树，通过父节点的左旋，变为左子树的结构if (x == xp.right) {、// 父节点做左旋操作root = rotateLeft(root, x = xp);xpp = (xp = x.parent) == null ? null : xp.parent;}if (xp != null) {// 父节点变为黑色xp.red = false;if (xpp != null) {// 爷爷节点变为红色xpp.red = true;// 爷爷节点做右旋操作root = rotateRight(root, xpp);}}}}// 右子树（只讲左子树就足够了，因为业务都是一样的）else {if (xppl != null && xppl.red) {xppl.red = false;xp.red = false;xpp.red = true;x = xpp;}else {if (x == xp.left) {root = rotateRight(root, x = xp);xpp = (xp = x.parent) == null ? null : xp.parent;}if (xp != null) {xp.red = false;if (xpp != null) {xpp.red = true;root = rotateLeft(root, xpp);}}}}}
}

1.4.5 putTreeVal方法-添加节点

整体操作就是判断当前节点要插入到左子树，还是右子数，还是覆盖操作。

确定左子树和右子数之后，直接维护双向链表和红黑树结构，并且再判断是否需要自平衡。

TreeBin的双向链表用的头插法。

// 添加节点到红黑树内部
final TreeNode<K,V> putTreeVal(int h, K k, V v) {// Class对象Class<?> kc = null;// 搜索节点boolean searched = false;// 死循环，p节点是根节点的临时引用for (TreeNode<K,V> p = root;;) {// dir：确定节点是插入到左子树还是右子数// ph：父节点的hash值// pk：父节点的keyint dir, ph; K pk;// 根节点是否为诶null，把当前节点置位根节点if (p == null) {first = root = new TreeNode<K,V>(h, k, v, null, null);break;}// 判断当前节点要放在左子树还是右子数else if ((ph = p.hash) > h)dir = -1;else if (ph < h)dir = 1;// 如果key一致，直接返回p，由putVal去修改数据else if ((pk = p.key) == k || (pk != null && k.equals(pk)))return p;// hash值一致，但是key的==和equals都不一样，基于Compare去判断else if ((kc == null &&(kc = comparableClassFor(k)) == null) ||// 基于compare判断也是一致，就进到if判断(dir = compareComparables(kc, k, pk)) == 0) {// 开启搜索，查看是否有相同的key，只有第一次循环会执行。if (!searched) {TreeNode<K,V> q, ch;searched = true;if (((ch = p.left) != null &&(q = ch.findTreeNode(h, k, kc)) != null) ||((ch = p.right) != null &&(q = ch.findTreeNode(h, k, kc)) != null))// 如果找到直接返回return q;}// 再次判断hash大小，如果小于等于，返回-1dir = tieBreakOrder(k, pk);}// xp是父节点的临时引用TreeNode<K,V> xp = p;// 基于dir判断是插入左子树还有右子数，并且给p重新赋值if ((p = (dir <= 0) ? p.left : p.right) == null) {// first引用拿到TreeNode<K,V> x, f = first;// 将当前节点构建出来first = x = new TreeNode<K,V>(h, k, v, f, xp);// 因为当前的TreeBin除了红黑树还维护这一个双向链表，维护双向链表的操作if (f != null)f.prev = x;// 维护红黑树操作if (dir <= 0)xp.left = x;elsexp.right = x;// 如果如节点是黑色的，当前节点红色即可，说明现在插入的节点没有影响红黑树的平衡if (!xp.red)x.red = true;else {// 说明插入的节点是黑色的// 加锁操作lockRoot();try {// 自平衡一波。root = balanceInsertion(root, x);} finally {// 释放锁操作unlockRoot();}}break;}}// 检查一波红黑树结构assert checkInvariants(root);// 代表插入了新节点return null;
}

1.4.6 TreeBin的锁操作

TreeBin的锁操作，没有基于AQS，仅仅是对一个变量的CAS操作和一些业务判断实现的。

每次读线程操作，对lockState+4。

写线程操作，对lockState + 1，如果读操作占用着线程，就先+2，waiter是当前线程，并挂起当前线程

// TreeBin的锁操作
// 如果说有读线程在读取红黑树的数据，这时，写线程要阻塞（做平衡前）
// 如果有写线程正在操作红黑树（做平衡），读线程不会阻塞，会读取双向链表
// 读读不会阻塞！
static final class TreeBin<K,V> extends Node<K,V> {// waiter：等待获取写锁的线程volatile Thread waiter;// lockState：当前TreeBin的锁状态volatile int lockState;// 对锁状态进行运算的值// 有线程拿着写锁static final int WRITER = 1; // 有写线程，再等待获取写锁static final int WAITER = 2; // 读线程，在红黑树中检索时，需要先对lockState + READER// 这个只会在读操作中遇到static final int READER = 4; // 加锁-写锁private final void lockRoot() {// 将lockState从0设置为1，代表拿到写锁成功if (!U.compareAndSwapInt(this, LOCKSTATE, 0, WRITER))// 如果写锁没拿到，执行contendedLockcontendedLock(); }// 释放写锁private final void unlockRoot() {lockState = 0;}// 写线程没有拿到写锁，执行当前方法private final void contendedLock() {// 是否有线程正在等待boolean waiting = false;// 死循环，s是lockState的临时变量for (int s;;) {// // lockState & 11111101 ,只要结果为0，说明当前写锁，和读锁都没线程获取if (((s = lockState) & ~WAITER) == 0) {// CAS一波，尝试将lockState再次修改为1，if (U.compareAndSwapInt(this, LOCKSTATE, s, WRITER)) {// 成功拿到锁资源，并判断是否在waitingif (waiting)// 如果当前线程挂起过，直接将之前等待的线程资源设置为nullwaiter = null;return;}}// 有读操作在占用资源// lockState &  00000010,代表当前没有写操作挂起等待。else if ((s & WAITER) == 0) {// 基于CAS，将LOCKSTATE的第二位设置为1if (U.compareAndSwapInt(this, LOCKSTATE, s, s | WAITER)) {// 如果成功，代表当前线程可以waiting等待了waiting = true;waiter = Thread.currentThread();}}else if (waiting)// 挂起当前线程！会由写操作唤醒LockSupport.park(this);}}
}

1.4.7 transfer迁移数据

首先红黑结构的数据迁移是基于双向链表封装的数据。

如果高低位的长度小于等于6，封装为链表迁移到新数组

如果高低位的长度大于6，依然封装为红黑树迁移到新数组

// 红黑树的迁移操作单独拿出来，TreeBin中不但有红黑树，还有双向链表，迁移的过程是基于双向链表迁移
TreeBin<K,V> t = (TreeBin<K,V>)f;
// lo，hi扩容后要放到新数组的高低位的链表
TreeNode<K,V> lo = null, loTail = null;
TreeNode<K,V> hi = null, hiTail = null;
// lc，hc在记录高低位数据的长度
int lc = 0, hc = 0;
// 遍历TreeBin中的双向链表
for (Node<K,V> e = t.first; e != null; e = e.next) {int h = e.hash;TreeNode<K,V> p = new TreeNode<K,V>(h, e.key, e.val, null, null);// 与老数组长度做&运算，基于结果确定需要存放到低位还是高位if ((h & n) == 0) {if ((p.prev = loTail) == null)lo = p;elseloTail.next = p;loTail = p;// 低位长度++++lc;}else {if ((p.prev = hiTail) == null)hi = p;elsehiTail.next = p;hiTail = p;// 高位长度++++hc;}
}
// 封装低位节点，如果低位节点的长度小于等于6，转回成链表。 如果长度大于6，需要重新封装红黑树
ln = (lc <= UNTREEIFY_THRESHOLD) ? untreeify(lo) : (hc != 0) ? new TreeBin<K,V>(lo) : t;
// 封装高位节点
hn = (hc <= UNTREEIFY_THRESHOLD) ? untreeify(hi) : (lc != 0) ? new TreeBin<K,V>(hi) : t;
// 低位数据设置到新数组
setTabAt(nextTab, i, ln);
// 高位数据设置到新数组
setTabAt(nextTab, i + n, hn);
// 当前位置数据迁移完毕，设置上fwd
setTabAt(tab, i, fwd);
// 开启前一个节点的数据迁移
advance = true;

1.5 查询数据

1.5.1 get方法-查询数据的入口

在查询数据时，会先判断当前key对应的value，是否在数组上。

其次会判断当前位置是否属于特殊情况：数据被迁移、位置被占用、红黑树结构

最后判断链表上是否有对应的数据。

找到返回指定的value，找不到返回null即可

// 基于key查询value
public V get(Object key) {// tab：数组，  e：查询指定位置的节点  n：数组长度Node<K,V>[] tab; Node<K,V> e, p; int n, eh; K ek;// 基于传入的key，计算hash值int h = spread(key.hashCode());// 数组不为null，数组上得有数据，拿到指定位置的数组上的数据if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 && (e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null) {// 数组上数据恩地hash值，是否和查询条件key的hash一样if ((eh = e.hash) == h) {// key的==或者equals是否一致，如果一致，数组上就是要查询的数据if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))return e.val;}// 如果数组上的数据的hash为负数，有特殊情况，else if (eh < 0)// 三种情况，数据迁移走了，节点位置被占，红黑树return (p = e.find(h, key)) != null ? p.val : null;// 肯定走链表操作while ((e = e.next) != null) {// 如果hash值一致，并且key的==或者equals一致，返回当前链表位置的数据if (e.hash == h && ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))))return e.val;}}// 如果上述三个流程都没有知道指定key对应的value，那就是key不存在，返回null即可return null;
}

1.5.2 ForwardingNode的find方法

在查询数据时，如果发现已经扩容了，去新数组上查询数据

在数组和链表上正常找key对应的value

可能依然存在特殊情况：

再次是fwd，说明当前线程可能没有获取到CPU时间片，导致CHM再次触发扩容，重新走当前方法
可能是被占用或者是红黑树，再次走另外两种find方法的逻辑

// 在查询数据时，发现当前桶位置已经放置了fwd，代表已经被迁移到了新数组
Node<K,V> find(int h, Object k) {// key：get(key)  h：key的hash   tab：新数组outer: for (Node<K,V>[] tab = nextTable;;) {// n：新数组长度，  e：新数组上定位的位置上的数组Node<K,V> e; int n;if (k == null || tab == null || (n = tab.length) == 0 || (e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) == null)return null;// 开始在新数组中走逻辑for (;;) {// eh：新数组位置的数据的hashint eh; K ek;// 判断hash是否一致，如果一致，再判断==或者equals。if ((eh = e.hash) == h && ((ek = e.key) == k || (ek != null && k.equals(ek))))// 在新数组找到了数据return e;// 发现到了新数组，hash值又小于0if (eh < 0) {// 套娃，发现刚刚在扩容，到了新数组，发现又扩容if (e instanceof ForwardingNode) {// 再次重新走最外层循环，拿到最新的nextTabletab = ((ForwardingNode<K,V>)e).nextTable;continue outer;}else// 占了，红黑树return e.find(h, k);}// 说明不在数组上，往下走链表if ((e = e.next) == null)// 进来说明链表没找到，返回nullreturn null;}}
}

1.5.3 ReservationNode的find方法

没什么说的，直接返回null

因为当前桶位置被占用的话，说明数据还没放到当前位置，当前位置可以理解为就是null

Node<K,V> find(int h, Object k) {return null;
}

1.5.4 TreeBin的find方法

在红黑树中执行find方法后，会有两个情况

如果有线程在持有写锁或者等待获取写锁，当前查询就要在双向链表中锁检索
如果没有线程持有写锁或者等待获取写锁，完全可以对lockState + 4，然后去红黑树中检索，并且在检索完毕后，需要对lockState - 4，再判断是否需要唤醒等待写锁的线程

// 在红黑树中检索数据
final Node<K,V> find(int h, Object k) {// 非空判断if (k != null) {// e：Treebin中的双向链表，for (Node<K,V> e = first; e != null; ) {int s; K ek;// s：TreeBin的锁状态// 00000010// 00000001if (((s = lockState) & (WAITER|WRITER)) != 0) {// 如果进来if，说明要么有写线程在等待获取写锁，要么是由写线程持有者写锁// 如果出现这个情况，他会去双向链表查询数据if (e.hash == h && ((ek = e.key) == k || (ek != null && k.equals(ek))))return e;e = e.next;}// 说明没有线程等待写锁或者持有写锁，将lockState + 4，代表当前读线程可以去红黑树中检索数据else if (U.compareAndSwapInt(this, LOCKSTATE, s, s + READER)) {TreeNode<K,V> r, p;try {// 基于findTreeNode在红黑树中检索数据p = ((r = root) == null ? null : r.findTreeNode(h, k, null));} finally {Thread w;// 会对lockState - 4，读线程拿到数据了，释放读锁// 可以确认，如果-完4，等于WAITER，说明有写线程可能在等待，判断waiter是否为nullif (U.getAndAddInt(this, LOCKSTATE, -READER) == (READER|WAITER) && (w = waiter) != null)// 当前我是最后一个在红黑树中检索的线程，同时有线程在等待持有写锁，唤醒等待的写线程LockSupport.unpark(w);}return p;}}}return null;
}

1.5.6 TreeNode的findTreeNode方法

红黑树的检索方式，套路很简单，及时基于hash值，来决定去找左子树还有右子数。

如果hash值一致，判断是否 == 、equals，满足就说明找到数据

如果hash值一致，并不是找的数据，基于compare方式，再次决定找左子树还是右子数，知道找到当前节点的子节点为null，停住。

// 红黑树中的检索方法
final TreeNode<K,V> findTreeNode(int h, Object k, Class<?> kc) {if (k != null) {TreeNode<K,V> p = this;do  {int ph, dir; K pk; TreeNode<K,V> q;// 声明左子树和右子数TreeNode<K,V> pl = p.left, pr = p.right;// 直接比较hash值，来决决定走左子树还是右子数if ((ph = p.hash) > h)p = pl;else if (ph < h)p = pr;// 判断当前的子树是否和查询的k == 或者equals，直接返回else if ((pk = p.key) == k || (pk != null && k.equals(pk)))return p;else if (pl == null)p = pr;else if (pr == null)p = pl;else if ((kc != null ||(kc = comparableClassFor(k)) != null) &&(dir = compareComparables(kc, k, pk)) != 0)p = (dir < 0) ? pl : pr;// 递归继续往底层找else if ((q = pr.findTreeNode(h, k, kc)) != null)return q;elsep = pl;} while (p != null);}return null;
}

1.6 ConcurrentHashMap其他方法

1.6.1 compute方法

修改ConcurrentHashMap中指定key的value时，一般会选择先get出来，然后再拿到原value值，基于原value值做一些修改，最后再存放到咱们ConcurrentHashMap

public static void main(String[] args) {ConcurrentHashMap<String,Integer> map = new ConcurrentHashMap();map.put("key",1);// 修改key对应的value，追加上1// 之前的操作方式Integer oldValue = (Integer) map.get("key");Integer newValue = oldValue + 1;map.put("key",newValue);System.out.println(map);// 现在的操作方式map.compute("key",(key,computeOldValue) -> {if(computeOldValue == null){computeOldValue = 0;}return computeOldValue + 1;});System.out.println(map);
}

1.6.2 compute方法源码分析

整个流程和putVal方法很类似，但是内部涉及到了占位的情况RESERVED

整个compute方法和putVal的区别就是，compute方法的value需要计算，如果key存在，基于oldValue计算出新结果，如果key不存在，直接基于oldValue为null的情况，去计算新的value。

// compute 方法
public V compute(K key, BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> remappingFunction) {if (key == null || remappingFunction == null)throw new NullPointerException();// 计算key的hashint h = spread(key.hashCode());V val = null;int delta = 0;int binCount = 0;// 初始化，桶上赋值，链表插入值，红黑树插入值for (Node<K,V>[] tab = table;;) {Node<K,V> f; int n, i, fh;//  初始化if (tab == null || (n = tab.length) == 0)tab = initTable();// 桶上赋值else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & h)) == null) {// 数组指定的索引位置是没有数据，当前数据必然要放到数组上。// 因为value需要计算得到，计算的时间不可估计，所以这里并没有通过CAS的方式处理并发操作，直接添加临时占用节点，// 并占用当前临时节点的锁资源。Node<K,V> r = new ReservationNode<K,V>();synchronized (r) {// 以CAS的方式将数据放上去if (casTabAt(tab, i, null, r)) {binCount = 1;Node<K,V> node = null;try {// 如果ReservationNode临时Node存放成功，直接开始计算valueif ((val = remappingFunction.apply(key, null)) != null) {delta = 1;// 将计算的value和传入的key封装成一个新Node，通过CAS存储到当前数组上node = new Node<K,V>(h, key, val, null);}} finally {setTabAt(tab, i, node);}}}if (binCount != 0)break;}else {// 省略部分代码。主要是针对在链表上的替换、添加，以及在红黑树上的替换、添加}}if (delta != 0)addCount((long)delta, binCount);return val;
}

1.6.3 computeIfPresent、computeIfAbsent、compute区别

compute的BUG，如果在计算结果的函数中，又涉及到了当前的key，会造成死锁问题。

public static void main(String[] args) {ConcurrentHashMap<String,Integer> map = new ConcurrentHashMap();map.compute("key",(k,v) -> {return map.compute("key",(key,value) -> {return 1111;});});System.out.println(map);
}

computeIfPresent和computeIfAbsent其实就是将compute方法拆开成了两个方法

compute会在key不存在时，正常存放结果，如果key存在，就基于oldValue计算newValue

computeIfPresent：要求key在map中必须存在，需要基于oldValue计算newValue

computeIfAbsent：要求key在map中不能存在，必须为null，才会基于函数得到value存储进去

computeIfPresent：

// 如果key存在，才执行修改操作
public V computeIfPresent(K key, BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> remappingFunction) {for (Node<K,V>[] tab = table;;) {Node<K,V> f; int n, i, fh;if (tab == null || (n = tab.length) == 0)tab = initTable();// 如果key不存在，什么事都不做~else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & h)) == null)break;else {synchronized (f) {if (tabAt(tab, i) == f) {if (fh >= 0) {binCount = 1;for (Node<K,V> e = f, pred = null;; ++binCount) {K ek;// 如果查看到有 == 或者equals的key，就直接修改即可if (e.hash == h &&((ek = e.key) == key ||(ek != null && key.equals(ek)))) {val = remappingFunction.apply(key, e.val);if (val != null)e.val = val;else {delta = -1;Node<K,V> en = e.next;if (pred != null)pred.next = en;elsesetTabAt(tab, i, en);}break;}pred = e;// 走完链表，还是没找到指定数据，直接break;if ((e = e.next) == null)break;}}// 省略部分代码return val;
}

computeIfAbsent核心位置源码：

// key必须不存在才会执行添加操作
public V computeIfAbsent(K key, Function<? super K, ? extends V> mappingFunction) {for (Node<K,V>[] tab = table;;) {else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & h)) == null) {// 如果key不存在，正常添加;Node<K,V> r = new ReservationNode<K,V>();synchronized (r) {if (casTabAt(tab, i, null, r)) {binCount = 1;Node<K,V> node = null;try {if ((val = mappingFunction.apply(key)) != null)node = new Node<K,V>(h, key, val, null);} finally {setTabAt(tab, i, node);}}}}else {boolean added = false;synchronized (f) {if (tabAt(tab, i) == f) {if (fh >= 0) {binCount = 1;for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {K ek; V ev;// 如果key存在，直接break;if (e.hash == h &&((ek = e.key) == key ||(ek != null && key.equals(ek)))) {val = e.val;break;}// 如果没有找到一样的key，计算value结果接口Node<K,V> pred = e;if ((e = e.next) == null) {if ((val = mappingFunction.apply(key)) != null) {added = true;pred.next = new Node<K,V>(h, key, val, null);}break;}}}// 省略部分代码  return val;
}

1.6.4 replace方法详解

涉及到类似CAS的操作，需要将ConcurrentHashMap的value从val1改为val2的场景就可以使用replace实现。

replace内部要求key必须存在，替换value值之前，要先比较oldValue，只有oldValue一致时，才会完成替换操作。

// replace方法调用的replaceNode方法， value：newValue，  cv：oldValue
final V replaceNode(Object key, V value, Object cv) {int hash = spread(key.hashCode());for (Node<K,V>[] tab = table;;) {Node<K,V> f; int n, i, fh;// 在数组没有初始化时，或者key不存在时，什么都不干。if (tab == null || (n = tab.length) == 0 ||(f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null)break;else if ((fh = f.hash) == MOVED)tab = helpTransfer(tab, f);else {V oldVal = null;boolean validated = false;synchronized (f) {if (tabAt(tab, i) == f) {if (fh >= 0) {validated = true;for (Node<K,V> e = f, pred = null;;) {K ek;// 找到key一致的Node了。if (e.hash == hash && ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))) {// 拿到当前节点的原值。V ev = e.val;// 拿oldValue和原值做比较，如果一致，if (cv == null || cv == ev || (ev != null && cv.equals(ev))) {// 可以开始替换oldVal = ev;if (value != null)e.val = value;else if (pred != null)pred.next = e.next;elsesetTabAt(tab, i, e.next);}break;}pred = e;if ((e = e.next) == null)break;}}else if (f instanceof TreeBin) {validated = true;TreeBin<K,V> t = (TreeBin<K,V>)f;TreeNode<K,V> r, p;if ((r = t.root) != null &&(p = r.findTreeNode(hash, key, null)) != null) {V pv = p.val;if (cv == null || cv == pv ||(pv != null && cv.equals(pv))) {oldVal = pv;if (value != null)p.val = value;else if (t.removeTreeNode(p))setTabAt(tab, i, untreeify(t.first));}}}}}if (validated) {if (oldVal != null) {if (value == null)addCount(-1L, -1);return oldVal;}break;}}}return null;
}

1.6.5 merge方法详解

merge(key,value,Function<oldValue,value>);

在使用merge时，有三种情况可能发生：

如果key不存在，就跟put(key,value);
如果key存在，就可以基于Function计算，得到最终结果
- 结果不为null，将key对应的value，替换为Function的结果
- 结果为null，删除当前key

分析merge源码

public V merge(K key, V value, BiFunction<? super V, ? super V, ? extends V> remappingFunction) {if (key == null || value == null || remappingFunction == null) throw new NullPointerException();int h = spread(key.hashCode());V val = null;int delta = 0;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();// key不存在，直接执行正常的添加操作，将value作为值，添加到hashMapelse if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & h)) == null) {if (casTabAt(tab, i, null, new Node<K,V>(h, key, value, null))) {delta = 1;val = value;break;}}else if ((fh = f.hash) == MOVED)tab = helpTransfer(tab, f);else {synchronized (f) {if (tabAt(tab, i) == f) {if (fh >= 0) {binCount = 1;for (Node<K,V> e = f, pred = null;; ++binCount) {K ek;// 判断链表中，有当前的keyif (e.hash == h && ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))) {// 基于函数，计算valueval = remappingFunction.apply(e.val, value);// 如果计算的value不为null，正常替换if (val != null)e.val = val;// 计算的value是null，直接让上一个指针指向我的next，绕过当前节点else {delta = -1;Node<K,V> en = e.next;if (pred != null)pred.next = en;elsesetTabAt(tab, i, en);}break;}pred = e;if ((e = e.next) == null) {delta = 1;val = value;pred.next =new Node<K,V>(h, key, val, null);break;}}}else if (f instanceof TreeBin) {binCount = 2;TreeBin<K,V> t = (TreeBin<K,V>)f;TreeNode<K,V> r = t.root;TreeNode<K,V> p = (r == null) ? null :r.findTreeNode(h, key, null);val = (p == null) ? value :remappingFunction.apply(p.val, value);if (val != null) {if (p != null)p.val = val;else {delta = 1;t.putTreeVal(h, key, val);}}else if (p != null) {delta = -1;if (t.removeTreeNode(p))setTabAt(tab, i, untreeify(t.first));}}}}if (binCount != 0) {if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)treeifyBin(tab, i);break;}}}if (delta != 0)addCount((long)delta, binCount);return val;
}

1.7 ConcurrentHashMap计数器

1.7.1 addCount方法分析

addCount方法本身就是为了记录ConcurrentHashMap中元素的个数。

两个方向组成：

计数器，如果添加元素成功，对计数器 + 1
检验当前ConcurrentHashMap是否需要扩容

计数器选择的不是AtomicLong，而是类似LongAdder的一个功能

addCount源码分析

private final void addCount(long x, int check) {// ================================计数=====================================// as： CounterCell[]// s：是自增后的元素个数// b：原来的baseCountCounterCell[] as; long b, s;// 判断CounterCell不为null，代表之前有冲突问题，有冲突直接进到if中// 如果CounterCell[]为null，直接执行||后面的CAS操作，直接修改baseCountif ((as = counterCells) != null ||// 如果对baseCount++成功。直接告辞。 如果CAS失败，直接进到if中!U.compareAndSwapLong(this, BASECOUNT, b = baseCount, s = b + x)) {// 导致，说明有并发问题。// 进来的方式有两种：// 1. counterCell[] 有值。// 2. counterCell[] 无值，但是CAS失败。// m：数组长度 - 1// a：当前线程基于随机数，获得到的数组上的某一个CounterCellCounterCell a; long v; int m;// 是否有冲突，默认为true，代表没有冲突boolean uncontended = true;// 判断CounterCell[]没有初始化，执行fullAddCount方法，初始化数组if (as == null || (m = as.length - 1) < 0 ||// CounterCell[]已经初始化了，基于随机数拿到数组上的一个CounterCell，如果为null，执行fullAddCount方法，初始化CounterCell(a = as[ThreadLocalRandom.getProbe() & m]) == null ||// CounterCell[]已经初始化了，并且指定索引位置上有CounterCell// 直接CAS修改指定的CounterCell上的value即可。// CAS成功，直接告辞！// CAS失败，代表有冲突，uncontended = false，执行fullAddCount方法!(uncontended = U.compareAndSwapLong(a, CELLVALUE, v = a.value, v + x))) {fullAddCount(x, uncontended);return;}// 如果链表长度小于等于1，不去判断扩容if (check <= 1)return;// 将所有CounterCell中记录的信累加，得到最终的元素个数s = sumCount();}// ================================判断扩容=======================================// 判断check大于等于，remove的操作就是小于0的。 因为添加时，才需要去判断是否需要扩容if (check >= 0) {// 一堆小变量Node<K,V>[] tab, nt; int n, sc;// 当前元素个数是否大于扩容阈值，并且数组不为null，数组长度没有达到最大值。while (s >= (long)(sc = sizeCtl) && (tab = table) != null &&(n = tab.length) < MAXIMUM_CAPACITY) {// 扩容表示戳int rs = resizeStamp(n);// 正在扩容if (sc < 0) {// 判断是否可以协助扩容if ((sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs || sc == rs + 1 ||sc == rs + MAX_RESIZERS || (nt = nextTable) == null ||transferIndex <= 0)break;// 协助扩容if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1))transfer(tab, nt);}// 没有线程执行扩容，我来扩容else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc,(rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2))transfer(tab, null);// 重新计数。s = sumCount();}}
}//  CounterCell的类，就类似于LongAdder的Cell
@sun.misc.Contended static final class CounterCell {// volatile修饰的value，并且外部基于CAS的方式修改volatile long value;CounterCell(long x) { value = x; }
}
@sun.misc.Contended（JDK1.8）：
这个注解是为了解决伪共享的问题（解决缓存行同步带来的性能问题）。
CPU在操作主内存变量前，会将主内存数据缓存到CPU缓存（L1,L2,L3）中，
CPU缓存L1，是以缓存行为单位存储数据的，一般默认的大小为64字节。
缓存行同步操作，影响CPU一定的性能。
@Contented注解，会将当前类中的属性，会独占一个缓存行，从而避免缓存行失效造成的性能问题。
@Contented注解，就是将一个缓存行的后面7个位置，填充上7个没有意义的数据。
long value;    long l1,l2,l3,l4,l5,l6,l7;// 整体CounterCell数组数据到baseCount
final long sumCount() {// 拿到CounterCell[]CounterCell[] as = counterCells; CounterCell a;// 拿到baseCountlong sum = baseCount;// 循环走你，遍历CounterCell[]，将值累加到sum中，最终返回sumif (as != null) {for (int i = 0; i < as.length; ++i) {if ((a = as[i]) != null)sum += a.value;}}return sum;
}// CounterCell数组没有初始化
// CounterCell对象没有构建
// 什么都有，但是有并发问题，导致CAS失败
private final void fullAddCount(long x, boolean wasUncontended) {// h：当前线程的随机数int h;// 判断当前线程的Probe是否初始化。if ((h = ThreadLocalRandom.getProbe()) == 0) {// 初始化一波ThreadLocalRandom.localInit();  // 生成随机数。h = ThreadLocalRandom.getProbe();// 标记，没有冲突wasUncontended = true;}// 阿巴阿巴boolean collide = false;   // 死循环…………   for (;;) {// as：CounterCell[]// a：CounterCell对 null// n：数组长度// v：value值CounterCell[] as; CounterCell a; int n; long v;// CounterCell[]不为null时，做CAS操作if ((as = counterCells) != null && (n = as.length) > 0) {// 拿到当前线程随机数对应的CounterCell对象，为null// 第一个if：当前数组已经初始化，但是指定索引位置没有CounterCell对象，构建CounterCell对象放到数组上if ((a = as[h & (n - 1)]) == null) {// 判断cellsBusy是否为0，if (cellsBusy == 0) {  // 构建CounterCell对象CounterCell r = new CounterCell(x); // 在此判断cellsBusy为0，CAS从0修改为1，代表可以操作当前数组上的指定索引，构建CounterCell，赋值进去if (cellsBusy == 0 &&U.compareAndSwapInt(this, CELLSBUSY, 0, 1)) {// 构建未完成boolean created = false;try {   // 阿巴阿巴 CounterCell[] rs; int m, j;// DCL，还包含复制if ((rs = counterCells) != null && (m = rs.length) > 0 &&// 再次拿到指定索引位置的值，如果为null，正常将前面构建的CounterCell对象，赋值给数组rs[j = (m - 1) & h] == null) {// 将CounterCell对象赋值到数组rs[j] = r;// 构建完成created = true;}} finally {// 归位cellsBusy = 0;}if (created)// 跳出循环，告辞break;continue;           // Slot is now non-empty}}collide = false;}// 指定索引位置上有CounterCell对象，有冲突，修改冲突标识else if (!wasUncontended)   wasUncontended = true;// CAS，将数组上存在的CounterCell对象的value进行 + 1操作else if (U.compareAndSwapLong(a, CELLVALUE, v = a.value, v + x))// 成功，告辞。break;// 之前拿到的数组引用和成员变量的引用值不一样了，// CounterCell数组的长度是都大于CPU内核数，不让CounterCell数组长度大于CPU内核数。else if (counterCells != as || n >= NCPU)// 当前线程的循环失败，不进行扩容collide = false;   // 如果没并发问题，并且可以扩容，设置标示位，下次扩容   else if (!collide)collide = true;// 扩容操作// 先判断cellsBusy为0，再基于CAS将cellsBusy从0修改为1。else if (cellsBusy == 0 &&U.compareAndSwapInt(this, CELLSBUSY, 0, 1)) {try {// DCL!if (counterCells == as) {// 构建一个原来长度2倍的数组CounterCell[] rs = new CounterCell[n << 1];// 将老数组数据迁移到新数组for (int i = 0; i < n; ++i)rs[i] = as[i];// 新数组复制给成员变量counterCells = rs;}} finally {// 归位cellsBusy = 0;}// 归位collide = false;// 开启下次循环continue;  }// 重新设置当前线程的随机数，争取下次循环成功！h = ThreadLocalRandom.advanceProbe(h);}// CounterCell[]没有初始化// 判断cellsBusy为0.代表没有其他线程在初始化或者扩容当前CounterCell[]// 判断counterCells还是之前赋值的as，代表没有并发问题else if (cellsBusy == 0 && counterCells == as &&// 修改cellsBusy，从0改为1，代表当前线程要开始初始化了U.compareAndSwapInt(this, CELLSBUSY, 0, 1)) {// 标识，init未成功boolean init = false;try {   // DCL!  if (counterCells == as) {// 构建CounterCell[]，默认长度为2CounterCell[] rs = new CounterCell[2];// 用当前线程的随机数，和数组长度 - 1，进行&运算，将这个位置上构建一个CounterCell对象，赋值value为1rs[h & 1] = new CounterCell(x);// 将声明好的rs，赋值给成员变量counterCells = rs;// init成功init = true;}} finally {// cellsBusy归位。cellsBusy = 0;}if (init)// 退出循环break;}// 到这就直接在此操作baseCount。else if (U.compareAndSwapLong(this, BASECOUNT, v = baseCount, v + x))break;                          // Fall back on using base}
}

1.7.2 size方法方法分析

size获取ConcurrentHashMap中的元素个数

public int size() {// 基于sumCount方法获取元素个数long n = sumCount();// 做了一些简单的健壮性判断return ((n < 0L) ? 0 :(n > (long)Integer.MAX_VALUE) ? Integer.MAX_VALUE :(int)n);
}// 整体CounterCell数组数据到baseCount
final long sumCount() {// 拿到CounterCell[]CounterCell[] as = counterCells; CounterCell a;// 拿到baseCountlong sum = baseCount;// 循环走你，遍历CounterCell[]，将值累加到sum中，最终返回sumif (as != null) {for (int i = 0; i < as.length; ++i) {if ((a = as[i]) != null)sum += a.value;}}return sum;
}