Java多线程篇--concurrentHashMap

在之前的文章中，已经发布了常见的面试题，这里我花了点时间整理了一下对应的解答，由于个人能力有限，不一定完全到位，如果有解答的不合理的地方还请指点，在此谢过。

本文主要描述的是java多线程中高频面试点concurrentHashMap，concurrentHashMap在实现上和hashMap有很多相似之处。比如底层的数据结构，扩容的倍数，计算table值等等。和hashMap最大的区别就是如何保证线程安全，下面我们也会重点描述其线程安全的保证。如果对hashMap的内容感兴趣，可以看下公众号中之前的文章，有关于hashmap的面试和hashmap的源码解析。如果对java多线程感兴趣的同学可以看下公众号里多线程系列的文章，也许会对你有些帮助。

ConcurrentHashMap的源码有看过，说说其put和get流程？

concurrentHashMap是concurrent包中的重点内容，其put和get过程和hashMap的实现有一定的相似之处，毕竟底层的数据结构是一致的如下。

put过程：

final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {  if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();  int hash = spread(key.hashCode());//计算hash值，这个hash的计算是为了达到更均匀的分布  int binCount = 0;  for (Node<K,V>[] tab = table;;) {  Node<K,V> f; int n, i, fh;  if (tab == null || (n = tab.length) == 0)//如果还没初始化，直接初始化  tab = initTable();  else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {//如果该位置暂时没有值  if (casTabAt(tab, i, null,  new Node<K,V>(hash, key, value, null)))  break;                   // cas添加第一个值  }  else if ((fh = f.hash) == MOVED)//如果正在扩容  tab = helpTransfer(tab, f);//帮助扩容  else {  V oldVal = null;  synchronized (f) {//锁住该hash桶的头节点  if (tabAt(tab, i) == f) {//如果是第一个节点  if (fh >= 0) {//如果是链表  binCount = 1;  for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {//遍历该链表  K ek;  if (e.hash == hash &&  ((ek = e.key) == key ||  (ek != null && key.equals(ek)))) {//hash和equals相等  oldVal = e.val;  if (!onlyIfAbsent)//直接替换  e.val = value;  break;  }  Node<K,V> pred = e;  if ((e = e.next) == null) {//为空，新增  pred.next = new Node<K,V>(hash, key,  value, null);  break;  }  }  }  else if (f instanceof TreeBin) {//红黑树节点  Node<K,V> p;  binCount = 2;  if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,  value)) != null) {//添加节点  oldVal = p.val;  if (!onlyIfAbsent)  p.val = value;  }  }  }  }  if (binCount != 0) {  if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)//判断是否超过门限值  treeifyBin(tab, i);//转换为红黑树  if (oldVal != null)  return oldVal;  break;  }  }  }  addCount(1L, binCount);//添加数据，如果长度超过就扩容  return null;  }

Put的过程大致可以分为以下几个步骤：

求出hash值
是否已经初始化数组，如果没有初始化
是否该位置为空，空的话直接cas设置第一个节点
判断是否正在扩容，如果正在扩容，就加入一起进行扩容
如果不为空的话，锁住头结点，开始进行插入操作，如果是链表，就遍历是否相同，如果是红黑树就直接添加
添加完成之后，判断是否需要扩容，如果超过阈值就扩容。

上面标红的几个操作是concurrentHashMap和hashMap 的区别，这几个点，就是concurrentHashMap在添加过程保证线程安全的。

Get过程：

public V get(Object key) {  Node<K,V>[] tab; Node<K,V> e, p; int n, eh; K ek;  int h = spread(key.hashCode());//求出hashcode值  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)))//如果第一个节点找到了直接返回  return e.val;  }  else if (eh < 0)//如果eh<0说明是红黑树或者正在扩容  return (p = e.find(h, key)) != null ? p.val : null;  while ((e = e.next) != null) {//链表结构，直接遍历  if (e.hash == h &&  ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))))  return e.val;  }  }  return null;  }

Get的流程:

获取hash值
如果是第一个节点，直接返回
如果不是，判断是否正在扩容或者是红黑树，那就调用find方法
如果不是，那就是链表结构，直接while寻找

get过程为什么没有和put过程一样需要加锁？原因在于node中的val是volatile，我们每次取出来的是最新的值，这里使用的是volatile的可见性。

聊聊ConcurrentHashMap扩容的过程？什么是协助扩容？

ConcurrentHashMap的扩容过程允许多个线程同时操作，当一个线程在put的时候，发现正在扩容的话，就会帮助一起扩容，这个过程称为协助扩容。如何判断是否正在扩容，concurrentHashMap使用sizectl来进行控制。我们先看下sizectl的状态变化。

协助扩容过程：

final Node<K,V>[] helpTransfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V> f) {  Node<K,V>[] nextTab; int sc;  if (tab != null && (f instanceof ForwardingNode) &&//如果该节点是ForwardingNode，说明有线程正在扩容  (nextTab = ((ForwardingNode<K,V>)f).nextTable) != null) {//已经扩容的nextTable不为空  int rs = resizeStamp(tab.length);  while (nextTab == nextTable && table == tab &&  (sc = sizeCtl) < 0) {  if ((sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs || sc == rs + 1 ||  sc == rs + MAX_RESIZERS || transferIndex <= 0)//帮助扩容的条件判断，判断扩容线程是否超限  break;  if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1)) {//设置sizectl的值  transfer(tab, nextTab);//数据迁移  break;  }  }  return nextTab;//返回新的hash数组  }  return table;//返回旧的hash数组  }

真正的扩容过程在transfer函数，其实现的核心思路是：设置一个步长，每次搬迁数据的一个步长的数据，搬迁完之后再来申请搬迁下一个步长。源码扩容部分很长，但是建议还是看下。

private final void transfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V>[] nextTab) {int n = tab.length, stride;// 设置步长，分核数区别设置if ((stride = (NCPU > 1) ? (n >>> 3) / NCPU : n) < MIN_TRANSFER_STRIDE)stride = MIN_TRANSFER_STRIDE; // subdivide range// 第一个线程先创建nextTabif (nextTab == null) {try {// 容量翻倍Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n << 1];nextTab = nt;} catch (Throwable ex) {      sizeCtl = Integer.MAX_VALUE;return;}nextTable = nextTab; transferIndex = n;}// 新table的长度int nextn = nextTab.length;// ForwardingNode表示已经迁移过的结点，hash值为MOED(-1)ForwardingNode<K,V> fwd = new ForwardingNode<K,V>(nextTab);boolean advance = true;// advance 标识迁移是否完成boolean finishing = false; // 表识确保可以提交// i 是索引值，bound 是本次迁移的边界值for (int i = 0, bound = 0;;) {Node<K,V> f; int fh;// i = transferIndex，bound = transferIndex-stridewhile (advance) {int nextIndex, nextBound;if (--i >= bound || finishing)advance = false;// 原TABLE的所有位置都有线程去处理了else if ((nextIndex = transferIndex) <= 0) {i = -1;advance = false;//设置为不需要}else if (U.compareAndSwapInt//cas设置边界值(this, TRANSFERINDEX, nextIndex,nextBound = (nextIndex > stride ?nextIndex - stride : 0))) {bound = nextBound;i = nextIndex - 1;advance = false;}}if (i < 0 || i >= n || i + n >= nextn) {int sc;// 是否完成所有的迁移工作if (finishing) {nextTable = null;table = nextTab;// 将新的 nextTab 赋值给 table 属性sizeCtl = (n << 1) - (n >>> 1);// 重新计算 sizeCtlreturn;//返回}// 修改sizeCtl的值if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc = sizeCtl, sc - 1)) {// 退出方法if ((sc - 2) != resizeStamp(n) << RESIZE_STAMP_SHIFT)return;finishing = advance = true;i = n; // 提交前再次确认}}// 如果位置 i 处是空的，使用cas设置初始化的 fwd节点else if ((f = tabAt(tab, i)) == null)advance = casTabAt(tab, i, null, fwd);// 该位置已经迁移过了else if ((fh = f.hash) == MOVED)advance = true; // 已经处理过了//需要迁移else {synchronized (f) {// 迁移前加锁，开始迁移if (tabAt(tab, i) == f) {Node<K,V> ln, hn;// 链表迁移，将链表一分为二，分别搬移if (fh >= 0) {int runBit = fh & n;Node<K,V> lastRun = f;for (Node<K,V> p = f.next; p != null; p = p.next) {int b = p.hash & n;if (b != runBit) {runBit = b;lastRun = p;}}if (runBit == 0) {ln = lastRun;hn = null;}else {hn = lastRun;ln = null;}for (Node<K,V> p = f; p != lastRun; p = p.next) {int ph = p.hash; K pk = p.key; V pv = p.val;if ((ph & n) == 0)ln = new Node<K,V>(ph, pk, pv, ln);elsehn = new Node<K,V>(ph, pk, pv, hn);}// 其中的一个链表放在新数组的位置 isetTabAt(nextTab, i, ln);// 另一个链表放在新数组的位置 i+nsetTabAt(nextTab, i + n, hn);// 将原数组该位置处设置为 fwd，代表该位置已经处理完毕，setTabAt(tab, i, fwd);// 设置该位置已经迁移完毕advance = true;}else if (f instanceof TreeBin) {// 红黑树的迁移，拆分为2TreeBin<K,V> t = (TreeBin<K,V>)f;TreeNode<K,V> lo = null, loTail = null;TreeNode<K,V> hi = null, hiTail = null;int lc = 0, hc = 0;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);if ((h & n) == 0) {if ((p.prev = loTail) == null)lo = p;elseloTail.next = p;loTail = p;++lc;}else {if ((p.prev = hiTail) == null)hi = p;elsehiTail.next = p;hiTail = p;++hc;}}//节点数少于 8，红黑树转换回链表ln = (lc <= UNTREEIFY_THRESHOLD) ? untreeify(lo) :(hc != 0) ? new TreeBin<K,V>(lo) : t;hn = (hc <= UNTREEIFY_THRESHOLD) ? untreeify(hi) :(lc != 0) ? new TreeBin<K,V>(hi) : t;// 将 ln 放置在新数组的位置 isetTabAt(nextTab, i, ln);// 将 hn 放置在新数组的位置 i+nsetTabAt(nextTab, i + n, hn);// 将原数组该位置处设置为 fwd，代表该位置已经处理完毕，setTabAt(tab, i, fwd);// advance 设置为 true，代表该位置已经迁移完毕advance = true;}}}}}}

ConcurrentHashMap是怎么保证线程安全的？

CAS操作数据：sizectl的修改，扩容数值等修改使用cas保证数据修改的原子性。
synchronized互斥锁：put和扩容过程，使用synchronized保证线程只有一个操作，保证线程安全。
volatile修饰变量：table、sizeCtl等变量用volatile修饰，保证可见性

ConcurrentHashMap是面试中高频知识点，本文主要描述和HashMap的区别点，这也是面试中常问的点，结合之前的HashMap一起看下，可能会帮助你更好的理解。本文篇幅相比之前偏长，主要是介绍了concurrentHashMap的源码内容，这个如果有时间可以看看，没时间的话，可以记下过程结论。

本文的内容就这么多，如果你觉得对你的学习和面试有些帮助，帮忙点个赞或者转发一下哈，谢谢。

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