深入了解ConcurrentHashMap

在上一篇文章【简单了解系列】从基础的使用来深挖HashMap里,我从最基础的使用中介绍了HashMap,大致是JDK1.7和1.8中底层实现的变化,和介绍了为什么在多线程下可能会造成死循环,扩容机智是什么样的。感兴趣的可以先看看。

我们知道,HashMap是非线程安全的容器,那么为什么ConcurrentHashMap能够做到线程安全呢?

底层结构

首先看一下ConcurrentHashMap的底层数据结构,在Java8中,其底层的实现方式与HashMap一样的,同样是数组、链表再加红黑树,具体的可以参考上面的HashMap的文章,下面所有的讨论都是基于Java 1.8。

transient volatile Node<K,V>[] table; volatile关键字

对比HashMap的底层结构可以发现,table的定义中多了一个volatile关键字。这个关键字是做什么的呢?我们知道所有的共享变量都存在主内存中,就像table。

而线程对变量的所有操作都必须在线程自己的工作内存中完成,而不能直接读取主存中的变量,这是JMM的规定。所以每个线程都会有自己的工作内存,工作内存中存放了共享变量的副本。而正是因为这样,才造成了可见性的问题。

ABCD四个线程同时在操作一个共享变量X,此时如果A从主存中读取了X,改变了值,并且写回了内存。那么BCD线程所得到的X副本就已经失效了。此时如果没有被volatile修饰,那么BCD线程是不知道自己的变量副本已经失效了。继续使用这个变量就会造成数据不一致的问题。

内存可见性

而如果加上了volatile关键字,BCD线程就会立马看到最新的值,这就是内存可见性。你可能想问,凭什么加了volatile的关键字就可以保证共享变量的内存可见性?

那是因为如果变量被volatile修饰,在线程进行写操作时,会直接将新的值写入到主存中,而不是线程的工作内存中;而在读操作时,会直接从主存中读取,而不是线程的工作内存。

基础使用

首先这个使用与HashMap没有任何区别,只是实现改成了ConcurrentHashMap。

Map<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>(); map.put("微信搜索", "SH的全栈笔记"); map.get("微信搜索"); // SH的全栈笔记 取值

首先我们来看一下get方法的使用,源码如下。

public V get(Object key) { Node<K,V>[] tab; Node<K,V> e, p; int n, eh; K ek; int h = spread(key.hashCode()); if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 && (e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null) { if ((eh = e.hash) == h) { if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))) return e.val; } else if (eh < 0) return (p = e.find(h, key)) != null ? p.val : null; while ((e = e.next) != null) { if (e.hash == h && ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))) return e.val; } } return null; }

大概解释一下这个过程发生了什么,首先根据key计算出哈希值,如果找到了就直接返回值。如果是红黑树的话,就在红黑树中查找值,否则就按照链表的查找方式查找。

这与HashMap也差不多的,元素会首先以链表的方式进行存储,如果该桶中的元素数量大于TREEIFY_THRESHOLD的值,就会触发树化。将当前的链表转换为红黑树。因为如果数量太多的话,链表的查询效率就会变得非常低,时间复杂度为O(n),而红黑树的查询时间复杂度则为O(logn),这个阈值在Java 1.8中的默认值为8,定义如下。

static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8; 赋值

put的源码就不放出来了,放在这大家估计也不会一行一行的去看。所以我就简单的解释一下put的过程发生了什么事,并贴上关键代码就好了。

整个过程,除开并发的一些细节,大致的流程和1.8中的HashMap是差不多的。

首先会根据传入的key计算出hashcode,如果是第一次被赋值,那自然需要进行初始化table

如果这个key没有存在过,直接用CAS在当前槽位的头节点创建一个Node,会用自旋来保证成功

如果当前的Node的hashcode是否等于-1,如果是则证明有其它的线程正在执行扩容操作,当前线程就加入到扩容的操作中去

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