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【HashMap源码二】Java7-ConcurrentHashMap源码学习笔记(JDK1.7)

Java7–ConcurrentHashMap

文章目录

  • Java7--ConcurrentHashMap
    • 构造方法
    • put方法
      • 1,生成segment对象(保证只有一个线程能进行赋值)
      • 2,segment对象里的put方法
        • tryLock()和lock()的区别
        • 2.1获取锁scanAndLockForPut(key, hash, value);
        • 2.2扩容
    • get方法
    • 总结

ConcurrentHashMap : 线程安全的

如hashtable 为了使对象安全, 对整个对象加了一把锁

效率就低了

假设:

有两个线程都要插入数据, 第一个线程先拿到锁, 第二个线程就暂时放不进去了 , 如果两个线程放的数组下标不一致, 也放不进去, 导致效率低

ConcurrentHashMap 分段锁

不是使用entry, 而是 Segment[]数组

构造方法

public ConcurrentHashMap() {
    this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR, DEFAULT_CONCURRENCY_LEVEL);//默认调用有三个参数的构造方法
}
DEFAULT_INITIAL_CAPACITY  默认初始化容量 16  数组大小
DEFAULT_LOAD_FACTOR		  默认加载因子  0.75
DEFAULT_CONCURRENCY_LEVEL 并发级别, 默认 16   指的Segment的个数
    
public ConcurrentHashMap(int initialCapacity,
                             float loadFactor, int concurrencyLevel) {
    if (!(loadFactor > 0) || initialCapacity < 0 || concurrencyLevel <= 0)
        throw new IllegalArgumentException();
    if (concurrencyLevel > MAX_SEGMENTS)
        concurrencyLevel = MAX_SEGMENTS;
    // Find power-of-two sizes best matching arguments
    int sshift = 0;
    int ssize = 1;//代表了Segment数组大小
    while (ssize < concurrencyLevel) {//用循环位移找到>=并发级别的2的幂次方数
        ++sshift;
        ssize <<= 1; 
    }
    this.segmentShift = 32 - sshift;
    this.segmentMask = ssize - 1;
    if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
        initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
    int c = initialCapacity / ssize;
    if (c * ssize < initialCapacity)//向上取整
        ++c;
    int cap = MIN_SEGMENT_TABLE_CAPACITY;  //cap最小是2
    while (cap < c)//容量也需要是2的幂次方数
        cap <<= 1;
    // create segments and segments[0]
    Segment<K,V> s0 =
        new Segment<K,V>(loadFactor, (int)(cap * loadFactor),
                         (HashEntry<K,V>[])new HashEntry[cap]);
    Segment<K,V>[] ss = (Segment<K,V>[])new Segment[ssize];
    UNSAFE.putOrderedObject(ss, SBASE, s0); // ordered write of segments[0]
    this.segments = ss;
}

  • 计算出两个数组的大小, segment[] ( 整个数组) HashEntry[] (segment内部的数组)
  • 先放到segment[0]中 , 为了方便后面新建segment, 使用segment[0]中的元素
  • segment的长度定了以后后面就不变了, 要扩容都是扩容内部的数组

构造方法创建

image-20220320155121472

put方法

public V put(K key, V value) {
    Segment<K,V> s;
    if (value == null)
        throw new NullPointerException();
    //这里的key不能为null
    int hash = hash(key); //算出hash值
    int j = (hash >>> segmentShift) & segmentMask; //算出存在segment数组哪个位置
    if ((s = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObject          // nonvolatile; recheck
         (segments, (j << SSHIFT) + SBASE)) == null) //  in ensureSegment
        s = ensureSegment(j); //1, =null 就生成一个segment数组
    return s.put(key, hash, value, false);//2,segment对象里的put方法
} 



//=====================================================================
sshift = concurrencylevel 2 的指数  默认16 就是 4
segmentShift = 32-sshift = 32 -4 = 28
hash >>> segmentShift // 就是为了保留原来hash值的高位, 至于segmentShift位, 这里就是4位
(hash >>> segmentShift) & segmentMask 
//下面的put方法使用hash值的低位来计算    
return s.put(key, hash, value, false);
(Segment<K,V>)UNSAFE.getObject(segments, (j << SSHIFT) + SBASE))
//相当于取出数组j下标下的元素

1,生成segment对象(保证只有一个线程能进行赋值)

private Segment<K,V> ensureSegment(int k) {
    final Segment<K,V>[] ss = this.segments;
    long u = (k << SSHIFT) + SBASE; 
    Segment<K,V> seg; //放回segment对象, 让其他线程可以获取到
    //如果其他线程已经生成了segment对象, 直接到下面返回
    if ((seg = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObjectVolatile(ss, u)) == null) {
        //不为空 , 继续生成segment对象
        Segment<K,V> proto = ss[0]; // 从构造方法生成的ss[0]取创建参数,生成更快
        int cap = proto.table.length;
        float lf = proto.loadFactor;
        int threshold = (int)(cap * lf);
        HashEntry<K,V>[] tab = (HashEntry<K,V>[])new HashEntry[cap];
        //上面消耗了时间, 在判断一次其他线程有无创建
        if ((seg = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObjectVolatile(ss, u))
            == null) { // recheck
            //创建
            Segment<K,V> s = new Segment<K,V>(lf, threshold, tab);
            
            while ((seg = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObjectVolatile(ss, u))
                   == null) {
                //用cas 把数组的第u个元素复制成上面创建的s
                if (UNSAFE.compareAndSwapObject(ss, u, null, seg = s))
                    //如果其他线程已经更新了就break
                    break;
            }
        }
    }
    return seg;
}
//使用cas可以拿到真正内存中的属性, 而不是线程缓存里的属性

2,segment对象里的put方法

tryLock()和lock()的区别

  • trylock()
    • 先判断下这个锁能不能获取到 ,能获取就返回true, 不能获取就返回false 不会阻塞
  • lock()
    • 如果不能获取到就会阻塞, 获取到才会解开
final V put(K key, int hash, V value, boolean onlyIfAbsent) {
    HashEntry<K,V> node = tryLock() ? null ://尝试获取锁
        scanAndLockForPut(key, hash, value);//2.1获取锁
    V oldValue;
    try {
        HashEntry<K,V>[] tab = table; //segment内部的table
        int index = (tab.length - 1) & hash;//根据hash值算出数组下标
        HashEntry<K,V> first = entryAt(tab, index); //取出数组的下标index值UNSAFE
        for (HashEntry<K,V> e = first;;) { //first就是小map的头节点
            if (e != null) {
                K k; //遍历链表, key相等就覆盖
                if ((k = e.key) == key ||
                    (e.hash == hash && key.equals(k))) {
                    oldValue = e.value;
                    if (!onlyIfAbsent) {//不存在才插入
                        e.value = value;
                        ++modCount;
                    }
                    break;
                }
                e = e.next; //不相等就赋值为null, 循环,走下面的else
            }
            else {
                if (node != null)
                    node.setNext(first);
                else
                    node = new HashEntry<K,V>(hash, key, value, first);//头插法
                int c = count + 1;//小hashmap元素的数量
                if (c > threshold && tab.length < MAXIMUM_CAPACITY)
                    rehash(node);//2.2扩容
                else
                    setEntryAt(tab, index, node);//把刚刚生成的node,放到数组的index下,使用UNSAFE , 相当于下移
                ++modCount;
                count = c;
                oldValue = null;
                break;
            }
        }
    } finally {
        unlock();
    }
    return oldValue;
}

2.1获取锁scanAndLockForPut(key, hash, value);

private HashEntry<K,V> scanAndLockForPut(K key, int hash, V value) {
    HashEntry<K,V> first = entryForHash(this, hash);//去hash值对应下标的元素
    HashEntry<K,V> e = first;
    HashEntry<K,V> node = null;
    int retries = -1; //重试, 相当于标记循环次数, 达到后去执行lock(), 不占CPU
    while (!tryLock()) { //没获取到锁的过程中可以做些事情, 每次遍历都会尝试获取锁
        HashEntry<K,V> f; // to recheck first below
        if (retries < 0) { 
            if (e == null) { //要么first=null, 要么已经遍历完了整个链表
                if (node == null) // 遍历完了都为空就创建
                    node = new HashEntry<K,V>(hash, key, value, null);
                retries = 0; //走下面的逻辑
            }
            else if (key.equals(e.key))
                retries = 0;//走下面的逻辑
            else
                e = e.next;
        }
        //如果机器CPU大于1个核心重试64次, 否则重试1次
        //Runtime.getRuntime().availableProcessors() > 1 ? 64 : 1;
        else if (++retries > MAX_SCAN_RETRIES) {
            lock();
            break;
        }
        //偶数重试(retries & 1) == 0
        else if ((retries & 1) == 0 &&
                 (f = entryForHash(this, hash)) != first) {//获取当前hash对应下标的值和之前获取的是否相同, 也是为了防止其他线程已经修改了
            e = first = f; // re-traverse if entry changed
            retries = -1;
        }
    }
    return node;
}

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  • lock() 不耗资源, 会阻塞
  • 和while (trylock()) 耗资源 , 不会阻塞, 可以干其他事情

2.2扩容

private void rehash(HashEntry<K,V> node) {
    HashEntry<K,V>[] oldTable = table;
    int oldCapacity = oldTable.length;
    int newCapacity = oldCapacity << 1;//双倍扩容
    threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
    HashEntry<K,V>[] newTable =
        (HashEntry<K,V>[]) new HashEntry[newCapacity];
    int sizeMask = newCapacity - 1;
    for (int i = 0; i < oldCapacity ; i++) {
        HashEntry<K,V> e = oldTable[i];//遍历老数组
        if (e != null) { 
            HashEntry<K,V> next = e.next;
            int idx = e.hash & sizeMask;//计算存放新数组下标
            if (next == null)   //  如果链表只有一个数据
                newTable[idx] = e;//放到新数组下面
            else { // Reuse consecutive sequence at same slot
                HashEntry<K,V> lastRun = e;
                int lastIdx = idx;
                //这个循环相当与之后记录最后几个连续的新数组都相等的下标元素, 方便一起移动过去, 只用移动相等下标的第一个元素 
                for (HashEntry<K,V> last = next;
                     last != null;
                     last = last.next) {
                    int k = last.hash & sizeMask;
                    if (k != lastIdx) {
                        lastIdx = k;
                        lastRun = last;
                    }
                    
                }
                //直接把这些连续相同index的元素移动过去
                newTable[lastIdx] = lastRun;
                // Clone remaining nodes
                //从头节点开始到lastRun结尾, 分别移动到新数组
                for (HashEntry<K,V> p = e; p != lastRun; p = p.next) {
                    V v = p.value;
                    int h = p.hash;
                    int k = h & sizeMask;
                    HashEntry<K,V> n = newTable[k];
                    newTable[k] = new HashEntry<K,V>(h, p.key, v, n);//头插法
                }
            }
        }
    }
    int nodeIndex = node.hash & sizeMask; // add the new node
    node.setNext(newTable[nodeIndex]);
    newTable[nodeIndex] = node;
    table = newTable;
}

get方法

public V get(Object key) {
    Segment<K,V> s; // manually integrate access methods to reduce overhead
    HashEntry<K,V>[] tab;
    int h = hash(key);
    //通过hash算出下标
    long u = (((h >>> segmentShift) & segmentMask) << SSHIFT) + SBASE;
    if ((s = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObjectVolatile(segments, u)) != null &&
        (tab = s.table) != null) {
        //遍历列表
        for (HashEntry<K,V> e = (HashEntry<K,V>) UNSAFE.getObjectVolatile
                 (tab, ((long)(((tab.length - 1) & h)) << TSHIFT) + TBASE);
             e != null; e = e.next) {
            K k;
            if ((k = e.key) == key || (e.hash == h && key.equals(k)))
                return e.value;
        }
    }
    return null;
}

总结

concurrentHashMap做到线程安全

  • 使用UNSAFE里面的方法, 获取内存里最新的值来进行操作
  • 添加锁trantlock, put ,remove 这些方法

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