ConcurrentHashMap详解什么时候CAS什么时候synchronized

jdk:1.7 segment数组+hashEntry数组+链表实现

jdk版本：1.8：hashEntry+数组+红黑树实现

1、基本参数

//**1、最大容量**  hashmap的最大容量也是这个，菜鸟一面被问到了
private static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;//数组默认为16
private static final int DEFAULT_CONCURRENCY_LEVEL = 16;//float浮点数，LOAD_FACTOR为final 不可更改
private static final float LOAD_FACTOR = 0.75f;

2、初始化1

也就是说不是你输入什么就是什么容量，内部还有一个算法优化用户的输入。（防止用户输入参数太差）  
//逻辑：如果init>max的一半，则返回max，否则返回tableSizeFor(init + (initialCapacity >>> 1) + 1)); 
public ConcurrentHashMap(int init) {if (init < 0)throw new IllegalArgumentException();int cap = ((init >= (MAXIMUM_CAPACITY >>> 1)) ?MAXIMUM_CAPACITY :tableSizeFor(init + (init >>> 1) + 1));this.sizeCtl = cap;    //`sizeCtl` 表示容量
}//c=2返回2，c=3返回4，c=9返回16
//tableSizeFor 方法通过一系列位操作，将输入值 c 转换为大于或等于 c 的最小 2 的幂次方。这是为了确保哈希表的数组大小总是 2 的幂次方，从而优化哈希分布和查找性能。private static final int tableSizeFor(int c) {int n = c - 1;n |= n >>> 1;n |= n >>> 2;n |= n >>> 4;n |= n >>> 8;n |= n >>> 16;return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
}

初始化2

 public ConcurrentHashMap(int initialCapacity,float loadFactor, int concurrencyLevel) {if (!(loadFactor > 0.0f) || initialCapacity < 0 || concurrencyLevel <= 0)throw new IllegalArgumentException();if (initialCapacity < concurrencyLevel)   // Use at least as many binsinitialCapacity = concurrencyLevel;   // as estimated threads//非常神奇啊，传入的loadFactor不会改变装填因子，但是会改变传入的容量参数，影响最终容量long size = (long)(1.0 + (long)initialCapacity / loadFactor);int cap = (size >= (long)MAXIMUM_CAPACITY) ?MAXIMUM_CAPACITY : tableSizeFor((int)size);this.sizeCtl = cap;}

3、sizeCtl 不太理解

sizeCtl 是 ConcurrentHashMap 中一个非常重要且复杂的控制字段，其作用有很多个。

addCount()里面判断是否要扩容是和sizeCtl比较，而不是和装填因子比较。为什么使用 sizeCtl 而不是直接使用负载因子？

简化计算：
- 通过将负载因子的计算隐式地包含在 sizeCtl 中，可以避免每次插入或删除元素时重新计算负载因子，从而减少了计算开销。
并发控制：
- 使用 sizeCtl 可以有效地协调多个线程同时进行扩容操作。负值表示正在扩容，并且包含扩容的状态信息。这样，可以避免多个线程重复触发扩容。
性能优化：
- 在高并发环境下，频繁访问和修改共享变量（如负载因子）会带来性能瓶颈。通过使用 sizeCtl，可以减少这种共享变量的访问次数，从而提高性能。

// Unsafe mechanicsprivate static final long SIZECTL;
//初始化map时候，this.sizectl = cap; //cap为容量//比如public ConcurrentHashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {this.sizeCtl = DEFAULT_CAPACITY;putAll(m);}在扩容期间：当扩容开始时，sizeCtl 被设置为一个负值，表示当前参与扩容的线程数量。这样其他线程可以知道表正在扩容并可以协同进行扩容操作。

4、put 重点

public V put(K key, V value) {return putVal(key, value, false);}/** Implementation for put and putIfAbsent */final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {//1、数据检查if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();//2、求key哈希int hash = spread(key.hashCode());int binCount = 0;  //记录遍历的节点数，可以用于判断是否要链表转化为红黑树for (Node<K,V>[] tab = table;;) {  //死循环Node<K,V> f; int n, i, fh;if (tab == null || (n = tab.length) == 0)  //检查 table 是否初始化tab = initTable();//使用哈希值计算索引 i 并检查该位置是否为空。如果为空，使用 CAS 操作插入新节点，并跳出循环。else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) { if (casTabAt(tab, i, null,new Node<K,V>(hash, key, value, null)))break;                   // no lock when adding to empty bin}else if ((fh = f.hash) == MOVED) // MOVEDd标志用于判断是否已经节点迁移//当一个桶（bin）中的所有节点都被迁移到新的数组中后，原来的位置上会放置一个特殊的转发节点，表示这个桶已经处理完毕。此时，转发节点的 hash 字段会被设置为 MOVED（即 -1）。tab = helpTransfer(tab, f);//协助迁移else {   //如果碰撞了  需要使用synchronized，放弃cas,f是table那个碰撞节点V oldVal = null;synchronized (f) {if (tabAt(tab, i) == f) { // 经典的双重检查，防止当前线程获取table锁之前，tabAt(tab, i)被其它线程改变了if (fh >= 0) {// 哈希值>=0代表是链表，<0代表是红黑树binCount = 1;for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {K ek;if (e.hash == hash &&((ek = e.key) == key ||(ek != null && key.equals(ek)))) {  // 三比较，hashcode==hashcode，key==key,key.equals(key)oldVal = e.val;if (!onlyIfAbsent)e.val = value;break;}Node<K,V> pred = e;if ((e = e.next) == null) {pred.next = new Node<K,V>(hash, key,value, null);break;}}}else if (f instanceof TreeBin) { // 红黑树Node<K,V> p;binCount = 2;  //binCount 被初始化为 2，因为红黑树中的节点数计算方式不同于链表。 具体原因我不知道if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,value)) != null) {oldVal = p.val;if (!onlyIfAbsent)p.val = value;}}}}if (binCount != 0) {   // 判断是否要扩容 TREEIFY_THRESHOLD=8if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)treeifyBin(tab, i);if (oldVal != null)return oldVal;break;}}}addCount(1L, binCount);  //计数 里面通过cas维护元素个数。return null;}

总结：

判断key value是否合法判null
求key哈希
判断table是否初始化，如果没有就初始化
找到key哈希在table中的位置，判断是否为null
1. 如果是Null则cas直接添加节点
2. 如果碰撞了需要使用synchronized（f）{}，放弃cas,f是table那个碰撞节点
  1. 如果f.hash>=0，则说明是链表，遍历查找，当(hashhash && keykey && key.equals(key))的时候返回元素。下一个节点为null还没有找到，则插入节点
  2. 如果f.hash<0, 则说明是红黑树，遍历查找。找不到就插入。
3. 判断是否要转化为红黑树
调用addCount（）计算map总的元素个数，内部通过cas来实现。
1. 这里面会检查table要不要扩容

**5、remove(Object key) **和put差不多

 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;if (tab == null || (n = tab.length) == 0 ||(f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null)    // 空直接返回 没得删break;else if ((fh = f.hash) == MOVED)tab = helpTransfer(tab, f);else {          //不空则锁起来 再遍历 找到就删V oldVal = null;boolean validated = false;synchronized (f) {if (tabAt(tab, i) == f) {if (fh >= 0) {  // hash>=0 链表validated = true;for (Node<K,V> e = f, pred = null;;) {K ek;if (e.hash == hash &&((ek = e.key) == key ||(ek != null && key.equals(ek)))) {V ev = e.val;if (cv == null || cv == ev ||(ev != null && cv.equals(ev))) {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 //找不到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) {     // 计数if (oldVal != null) {if (value == null)addCount(-1L, -1);return oldVal;}break;}}}return null;}

6、get(Object key)

public V get(Object key) {// 定义一些局部变量Node<K,V>[] tab; Node<K,V> e, p; int n, eh; K ek;// 计算键的哈希值，并进行哈希值扩散以减少碰撞int h = spread(key.hashCode());// 如果哈希表不为空并且哈希表长度大于0if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&// 计算哈希表索引，取出对应位置的节点(e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null) {// 如果找到的节点的哈希值等于目标哈希值if ((eh = e.hash) == h) {// 并且键也相等（引用相等或 equals 相等），则返回该节点的值if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))return e.val;}// 如果节点的哈希值小于0，表示该节点是一个特殊节点（如红黑树节点或转移节点）else if (eh < 0)// 调用 find 方法在该节点中查找目标键对应的值return (p = e.find(h, key)) != null ? p.val : null;// 否则，遍历该链表中的所有节点while ((e = e.next) != null) {if (e.hash == h &&((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))))return e.val;}}// 如果没有找到，返回 nullreturn null;
}