如何浅析ConcurrentHashMap

如何浅析ConcurrentHashMap，很多新手对此不是很清楚，为了帮助大家解决这个难题，下面小编将为大家详细讲解，有这方面需求的人可以来学习下，希望你能有所收获。

直接进入正题，concurrentHashMap相信用的人也很多，因为在数据安全性上确实比HashMap好用，在性能上比hashtable也好用。大家都知道线程在操作一个变量的时候，比如i++，jvm执行的时候需要经过两个内存，主内存和工作内存。那么在线程A对i进行加1的时候，它需要去主内存拿到变量值，这个时候工作内存中便有了一个变量数据的副本，执行完这些之后，再去对变量真正的加1，但是此时线程B也要操作变量，并且逻辑上也是没有维护多线程访问的限制，则很有可能在线程A在从主内存获取数据并在修改的时候线程B去主内存拿数据，但是这个时候主内存的数据还没有更新，A线程还没有来得及讲加1后的变量回填到主内存，这个时候变量在这两个线程操作的情况下就会发生逻辑错误。

原子性就是当某一个线程A修改i的值的时候，从取出i到将新的i的值写给i之间线程B不能对i进行任何操作。也就是说保证某个线程对i的操作是原子性的，这样就可以避免数据脏读。

Volatile保证了数据在多线程之间的可见性，每个线程在获取volatile修饰的变量时候都回去主内存获取，所以当线程A修改了被volatile修饰的数据后其他线程看到的一定是修改过后最新的数据，也是因为volatile修饰的变量数据每次都要去主内存获取，在性能上会有些牺牲。

HashMap在多线程的场景下是不安全的，hashtable虽然是在数据表上加锁，纵然数据安全了，但是性能方面确实不如HashMap。那么来看看concurrentHashMap是如何解决这些问题的。

concurrentHashMap由多个segment组成，每一个segment都包含了一个HashEntry数组的hashtable， 每一个segment包含了对自己的hashtable的操作，比如get，put，replace等操作(这些操作与HashMap逻辑都是一样的，不同的是concurrentHashMap在执行这些操作的时候加入了重入锁ReentrantLock)，这些操作发生的时候，对自己的hashtable进行锁定。由于每一个segment写操作只锁定自己的hashtable，所以可能存在多个线程同时写的情况，性能无疑好于只有一个hashtable锁定的情况。通俗的讲就是concurrentHashMap由多个hashtable组成。

看下concurrentHashMap的remove操作

V remove(Object key, int hash, Object value) {
            lock();//重入锁
            try {
                int c = count - 1;
                HashEntry<K,V>[] tab = table;
                int index = hash & (tab.length - 1);
                HashEntry<K,V> first = tab[index];
                HashEntry<K,V> e = first;
                while (e != null && (e.hash != hash || !key.equals(e.key)))
                    e = e.next;

                V oldValue = null;
                if (e != null) {
                    V v = e.value;
                    if (value == null || value.equals(v)) {
                        oldValue = v;
                        // All entries following removed node can stay
                        // in list, but all preceding ones need to be
                        // cloned.
                        ++modCount;
                        HashEntry<K,V> newFirst = e.next;
                        for (HashEntry<K,V> p = first; p != e; p = p.next)
                            newFirst = new HashEntry<K,V>(p.key, p.hash,
                                                          newFirst, p.value);
                        tab[index] = newFirst;
                        count = c; // write-volatile
                    }
                }
                return oldValue;
            } finally {
                unlock();//释放锁
            }
        }

Count是被volatile所修饰，保证了count的可见性，避免操作数据的时候产生逻辑错误。segment中的remove操作和HashMap大致一样，HashMap没有lock()和unlock()操作。

看下concurrentHashMap的get源码

V get(Object key, int hash) {
            if (count != 0) { // read-volatile
                HashEntry<K,V> e = getFirst(hash);
　　　　　　　　//如果没有找到则直接返回null
                while (e != null) {
                    if (e.hash == hash && key.equals(e.key)) {
　　　　　　　　　　　　//由于没有加锁，在get的过程中，可能会有更新，拿到的key对应的value可能为null，需要单独判断一遍
                        V v = e.value;
　　　　　　　　　　　　//如果value为不为null，则返回获取到的value
                        if (v != null)
                            return v;
                        return readValueUnderLock(e); // recheck
                    }
                    e = e.next;
                }
            }
            return null;
        }

关于concurrentHashMap的get的相关说明已经在上面代码中给出了注释，这里就不多说了。

看下concurrentHashMap中的put

public V put(K key, V value) {
        if (value == null)
            throw new NullPointerException();
        int hash = hash(key.hashCode());
        return segmentFor(hash).put(key, hash, value, false);
}

可以看到concurrentHashMap不允许key或者value为null

接下来看下segment的put

V put(K key, int hash, V value, boolean onlyIfAbsent) {
            lock();
            try {
                int c = count;
                if (c++ > threshold) // ensure capacity
                    rehash();
                HashEntry<K,V>[] tab = table;
                int index = hash & (tab.length - 1);
                HashEntry<K,V> first = tab[index];
                HashEntry<K,V> e = first;
                while (e != null && (e.hash != hash || !key.equals(e.key)))
                    e = e.next;

                V oldValue;
                if (e != null) {
                    oldValue = e.value;
                    if (!onlyIfAbsent)
                        e.value = value;
                }
                else {
                    oldValue = null;
                    ++modCount;
                    tab[index] = new HashEntry<K,V>(key, hash, first, value);
                    count = c; // write-volatile
                }
                return oldValue;
            } finally {
                unlock();
            }
        }

 同样也是加入了重入锁，其他的基本和HashMap逻辑差不多。值得一提的是jdk8中添加的中的putval，这里就不多说了。

ConcurrentHashmap将数据结构分为了多个Segment，也是使用重入锁来解决高并发，讲他分为多个segment是为了减小锁的力度，添加的时候加了锁，索引的时候没有加锁，使用volatile修饰count是为了保持count的可见性，都是jdk为了解决并发和多线程操作的常用手段。

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