Java集合: ConcurrentHashMap源码分析 JDK1.8

转载文章，原博客地址为：http://blog.csdn.net/u010887744/article/details/50637030

jdk1.8和jdk1.7对于ConcurrentHashMap的实现出现的重大变化，不再采用分段锁的方法，网上这方面的博客较少，这篇文章写得较好，转载扩撒。

本文首写于有道云笔记，并在小组分享会分享，先整理发布，希望和大家交流探讨。云笔记地址

概述：

1、设计首要目的：维护并发可读性（get、迭代相关）；次要目的：使空间消耗比HashMap相同或更好，且支持多线程高效率的初始插入（empty table）。

2、HashTable 线程安全，但采用synchronized，多线程下效率低下。线程1put时，线程2无法put或get。

实现原理：

锁分离：

        在HashMap的基础上，将数据分段存储， ConcurrentHashMap由多个Segment组成，每个Segment都有把锁。Segment下包含很多Node，也就是我们的键值对了。

如果还停留在锁分离、Segment，那已经out了。

Segment虽保留，但已经简化属性，仅仅是为了兼容旧版本。

• CAS算法；unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);  CAS(Compare And Swap)，意思是如果valueOffset位置包含的值与expect值相同，则更新valueOffset位置的值为update，并返回true，否则不更新，返回false。
• 与Java8的HashMap有相通之处，底层依然由“数组”+链表+红黑树；
• 底层结构存放的是TreeBin对象，而不是TreeNode对象；
• CAS作为知名无锁算法，那ConcurrentHashMap就没用锁了么？当然不是，hash值相同的链表的头结点还是会synchronized上锁。 

private static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; // 2的30次方=1073741824

private static final intDEFAULT_CAPACITY = 16;

static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8; // MAX_VALUE=2^31-1=2147483647

private static finalint DEFAULT_CONCURRENCY_LEVEL = 16;

private static final float LOAD_FACTOR = 0.75f;

static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8; // 链表转树阀值，大于8时

static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6; //树转链表阀值，小于等于6（tranfer时，lc、hc=0两个计数器分别++记录原bin、新binTreeNode数量，<=UNTREEIFY_THRESHOLD 则untreeify(lo)）。【仅在扩容tranfer时才可能树转链表】

static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

private static final int MIN_TRANSFER_STRIDE = 16;

private static int RESIZE_STAMP_BITS = 16;

private static final int MAX_RESIZERS = (1 << (32 - RESIZE_STAMP_BITS)) - 1; // 2^15-1，help resize的最大线程数

private static final int RESIZE_STAMP_SHIFT = 32 - RESIZE_STAMP_BITS; // 32-16=16，sizeCtl中记录size大小的偏移量

static final int MOVED     = -1; // hash for forwarding nodes（forwarding nodes的hash值）、标示位

static final int TREEBIN   = -2; // hash for roots of trees（树根节点的hash值）

static final int RESERVED  = -3; // hash for transient reservations（ReservationNode的hash值）

static final int HASH_BITS = 0x7fffffff; // usable bits of normal node hash

static final int NCPU = Runtime.getRuntime().availableProcessors(); // 可用处理器数量

 /**

    * Table initialization and resizing control.  When negative, the

    * table is being initialized or resized: -1 for initialization,

    * else -(1 + the number of active resizing threads).  Otherwise,

    * when table is null, holds the initial table size to use upon

    * creation, or 0 for default. After initialization, holds the

    * next element count value upon which to resize the table.

    */

private transient volatile int sizeCtl;

sizeCtl是控制标识符，不同的值表示不同的意义。

• 负数代表正在进行初始化或扩容操作 
• -1代表正在初始化 
• -N 表示有N-1个线程正在进行扩容操作 
• 正数或0代表hash表还没有被初始化，这个数值表示初始化或下一次进行扩容的大小，类似于扩容阈值。它的值始终是当前ConcurrentHashMap容量的0.75倍，这与loadfactor是对应的。实际容量>=sizeCtl，则扩容。

部分构造函数：

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1. public ConcurrentHashMap(int initialCapacity,  
2.                              float loadFactor, int concurrencyLevel) {  
3.   if (!(loadFactor > 0.0f) || initialCapacity < 0 || concurrencyLevel <= 0)  
4.             thrownew IllegalArgumentException();  
5.   if (initialCapacity < concurrencyLevel)   // Use at least as many bins  
6.             initialCapacity = concurrencyLevel;   // as estimated threads  
7.   long size = (long)(1.0 + (long)initialCapacity / loadFactor);  
8.   int cap = (size >= (long)MAXIMUM_CAPACITY) ?  
9.             MAXIMUM_CAPACITY : tableSizeFor((int)size);  
10.   this.sizeCtl = cap;  
11. }  

concurrencyLevel：

        concurrencyLevel，能够同时更新ConccurentHashMap且不产生锁竞争的最大线程数，在Java8之前实际上就是ConcurrentHashMap中的分段锁个数，即Segment[]的数组长度 。 正确地估计很重要，当低估，数据结构将根据额外的竞争，从而导致线程试图写入当前锁定的段时阻塞； 相反，如果高估了并发级别，你遇到过大的膨胀，由于段的不必要的数量;  这种膨胀可能会导致性能下降，由于高数缓存未命中。

        在Java8里，仅仅是为了兼容旧版本而保留。唯一的作用就是保证构造map时初始容量不小于concurrencyLevel。

源码122行：

Also, for compatibility with previous   versions of this class, constructors may optionally specify an   expected {@code concurrencyLevel} as an additional hint for   internal sizing. 

源码482行：

 Mainly: We   leave untouched but unused constructor arguments refering to   concurrencyLevel .……

        ……

1、重要属性：

1.1 Node：

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1. static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {  
2.         final int hash;  
3.         final K key;  
4.         volatile V val; // Java8增加volatile，保证可见性  
5.         volatile Node<K,V> next;  
6.    
7.         Node(inthash, K key, V val, Node<K,V> next) {  
8.             this.hash = hash;  
9.             this.key = key;  
10.             this.val = val;  
11.             this.next = next;  
12.         }  
13.    
14.         public final K getKey()       { return key; }  
15.         public final V getValue()     { return val; }  
16.         // HashMap调用Objects.hashCode()，最终也是调用Object.hashCode()；效果一样  
17.         public final int hashCode()   { returnkey.hashCode() ^ val.hashCode(); }  
18.         public final String toString(){ returnkey + "=" + val; }  
19.         public final V setValue(V value) { // 不允许修改value值，HashMap允许  
20.             throw new UnsupportedOperationException();  
21.         }  
22.         // HashMap使用if (o == this)，且嵌套if；concurrent使用&&  
23.         public final boolean equals(Object o) {  
24.             Object k, v, u; Map.Entry<?,?> e;  
25.             return ((oinstanceof Map.Entry) &&  
26.                     (k = (e = (Map.Entry<?,?>)o).getKey()) != null &&  
27.                     (v = e.getValue()) != null &&  
28.                     (k == key || k.equals(key)) &&  
29.                     (v == (u = val) || v.equals(u)));  
30.         }  
31.    
32.         /** 
33.          * Virtualized support for map.get(); overridden in subclasses. 
34.          */  
35.         Node<K,V> find(inth, Object k) { // 增加find方法辅助get方法  
36.             Node<K,V> e = this;  
37.             if (k != null) {  
38.                 do {  
39.                     K ek;  
40.                     if (e.hash == h &&  
41.                         ((ek = e.key) == k || (ek != null && k.equals(ek))))  
42.                         returne;  
43.                 } while ((e = e.next) != null);  
44.             }  
45.             returnnull;  
46.         }  
47.     }  

1.2 TreeNode

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1. // Nodes for use in TreeBins，链表>8，才可能转为TreeNode.  
2. // HashMap的TreeNode继承至LinkedHashMap.Entry；而这里继承至自己实现的Node，将带有next指针，便于treebin访问。  
3.     static final class TreeNode<K,V> extends Node<K,V> {   
4.         TreeNode<K,V> parent;  // red-black tree links  
5.         TreeNode<K,V> left;  
6.         TreeNode<K,V> right;  
7.         TreeNode<K,V> prev;    // needed to unlink next upon deletion  
8.         boolean red;  
9.    
10.         TreeNode(inthash, K key, V val, Node<K,V> next,  
11.                  TreeNode<K,V> parent) {  
12.             super(hash, key, val, next);  
13.             this.parent = parent;  
14.         }  
15.    
16.         Node<K,V> find(inth, Object k) {  
17.             return findTreeNode(h, k, null);  
18.         }  
19.    
20.         /** 
21.          * Returns the TreeNode (or null if not found) for the given key 
22.          * starting at given root. 
23.          */ // 查找hash为h，key为k的节点  
24.         final TreeNode<K,V> findTreeNode(int h, Object k, Class<?> kc) {  
25.             if (k != null) { // 比HMap增加判空  
26.                 TreeNode<K,V> p = this;  
27.                 do  {  
28.                     intph, dir; K pk; TreeNode<K,V> q;  
29.                     TreeNode<K,V> pl = p.left, pr = p.right;  
30.                     if ((ph = p.hash) > h)  
31.                         p = pl;  
32.                     elseif (ph < h)  
33.                         p = pr;  
34.                     elseif ((pk = p.key) == k || (pk != null && k.equals(pk)))  
35.                         returnp;  
36.                     elseif (pl == null)  
37.                         p = pr;  
38.                     elseif (pr == null)  
39.                         p = pl;  
40.                     elseif ((kc != null ||  
41.                               (kc = comparableClassFor(k)) != null) &&  
42.                              (dir = compareComparables(kc, k, pk)) != 0)  
43.                         p = (dir < 0) ? pl : pr;  
44.                     elseif ((q = pr.findTreeNode(h, k, kc)) != null)  
45.                         returnq;  
46.                     else  
47.                         p = pl;  
48.                 } while (p != null);  
49.             }  
50.             return null;  
51.         }  
52.     }  
53. // 和HashMap相比，这里的TreeNode相当简洁；ConcurrentHashMap链表转树时，并不会直接转，正如注释（Nodes for use in TreeBins）所说，只是把这些节点包装成TreeNode放到TreeBin中，再由TreeBin来转化红黑树。  

1.3 TreeBin

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1. // TreeBin用于封装维护TreeNode，包含putTreeVal、lookRoot、UNlookRoot、remove、balanceInsetion、balanceDeletion等方法，这里只分析其构造函数。  
2. // 当链表转树时，用于封装TreeNode，也就是说，ConcurrentHashMap的红黑树存放的时TreeBin，而不是treeNode。  
3. TreeBin(TreeNode<K,V> b) {  
4.     super(TREEBIN, null, null, null);//hash值为常量TREEBIN=-2,表示roots of trees  
5.     this.first = b;  
6.     TreeNode<K,V> r = null;  
7.     for (TreeNode<K,V> x = b, next; x != null; x = next) {  
8.         next = (TreeNode<K,V>)x.next;  
9.         x.left = x.right = null;  
10.         if (r == null) {  
11.             x.parent = null;  
12.             x.red = false;  
13.             r = x;  
14.         }  
15.         else {  
16.             K k = x.key;  
17.             inth = x.hash;  
18.             Class<?> kc = null;  
19.             for (TreeNode<K,V> p = r;;) {  
20.                 intdir, ph;  
21.                 K pk = p.key;  
22.                 if ((ph = p.hash) > h)  
23.                     dir = -1;  
24.                 elseif (ph < h)  
25.                     dir = 1;  
26.                 elseif ((kc == null &&  
27.                           (kc = comparableClassFor(k)) == null) ||  
28.                          (dir = compareComparables(kc, k, pk)) == 0)  
29.                     dir = tieBreakOrder(k, pk);  
30.                     TreeNode<K,V> xp = p;  
31.                 if ((p = (dir <= 0) ? p.left : p.right) == null) {  
32.                     x.parent = xp;  
33.                     if (dir <= 0)  
34.                         xp.left = x;  
35.                     else  
36.                         xp.right = x;  
37.                     r = balanceInsertion(r, x);  
38.                     break;  
39.                 }  
40.             }  
41.         }  
42.     }  
43.     this.root = r;  
44.     assert checkInvariants(root);  
45. }  

1.4 treeifyBin

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1. /** 
2. * Replaces all linked nodes in bin at given index unless table is 
3. * too small, in which case resizes instead.链表转树 
4. */  
5. private final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int index) {  
6.         Node<K,V> b; intn, sc;  
7.     if (tab != null) {  
8.         if ((n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)  
9.             tryPresize(n << 1); // 容量<64，则table两倍扩容，不转树了  
10.         else if ((b = tabAt(tab, index)) != null && b.hash >= 0) {  
11.             synchronized (b) { // 读写锁  
12.                 if (tabAt(tab, index) == b) {  
13.                     TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;  
14.                     for (Node<K,V> e = b; e != null; e = e.next) {  
15.                         TreeNode<K,V> p =  
16.                             new TreeNode<K,V>(e.hash, e.key, e.val,  
17.                                               null, null);  
18.                         if ((p.prev = tl) == null)  
19.                             hd = p;  
20.                         else  
21.                             tl.next = p;  
22.                         tl = p;  
23.                     }  
24.                     setTabAt(tab, index, new TreeBin<K,V>(hd));  
25.                 }  
26.             }  
27.         }  
28.     }  
29. }  

1.5 ForwardingNode

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1. // A node inserted at head of bins during transfer operations.连接两个table  
2. // 并不是我们传统的包含key-value的节点，只是一个标志节点，并且指向nextTable，提供find方法而已。生命周期：仅存活于扩容操作且bin不为null时，一定会出现在每个bin的首位。  
3. static final class ForwardingNode<K,V> extends Node<K,V> {  
4.     final Node<K,V>[] nextTable;  
5.     ForwardingNode(Node<K,V>[] tab) {  
6.         super(MOVED, null, null, null); // 此节点hash=-1，key、value、next均为null  
7.         this.nextTable = tab;  
8.     }  
9.    
10.     Node<K,V> find(int h, Object k) {  
11.         // 查nextTable节点，outer避免深度递归  
12.         outer: for (Node<K,V>[] tab = nextTable;;) {  
13.             Node<K,V> e; intn;  
14.             if (k == null || tab == null || (n = tab.length) == 0 ||  
15.                 (e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) == null)  
16.                 returnnull;  
17.             for (;;) { // CAS算法多和死循环搭配！直到查到或null  
18.                 int eh; K ek;  
19.                 if ((eh = e.hash) == h &&  
20.                     ((ek = e.key) == k || (ek != null && k.equals(ek))))  
21.                     returne;  
22.                 if (eh < 0) {  
23.                     if (e instanceof ForwardingNode) {  
24.                         tab = ((ForwardingNode<K,V>)e).nextTable;  
25.                         continue outer;  
26.                     }  
27.                     else  
28.                         return e.find(h, k);  
29.                 }  
30.                 if ((e = e.next) == null)  
31.                     return null;  
32.             }  
33.         }  
34.     }  
35. }  

1.6  3个原子操作（调用频率很高）

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1. @SuppressWarnings("unchecked") // ASHIFT等均为private static final  
2. static final <K,V> Node<K,V> tabAt(Node<K,V>[] tab, int i) { // 获取索引i处Node  
3.     return (Node<K,V>)U.getObjectVolatile(tab, ((long)i << ASHIFT) + ABASE);  
4.     }  
5.     // 利用CAS算法设置i位置上的Node节点（将c和table[i]比较，相同则插入v）。  
6.     static final <K,V> boolean casTabAt(Node<K,V>[] tab, int i,  
7.                                         Node<K,V> c, Node<K,V> v) {  
8.         return U.compareAndSwapObject(tab, ((long)i << ASHIFT) + ABASE, c, v);  
9.     }  
10.     // 设置节点位置的值，仅在上锁区被调用  
11.     static final <K,V> void setTabAt(Node<K,V>[] tab, int i, Node<K,V> v) {  
12.         U.putObjectVolatile(tab, ((long)i << ASHIFT) + ABASE, v);  
13.     }  

1.7 Unsafe

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1. //在源码的6277行到最后，有着ConcurrentHashMap中极为重要的几个属性（SIZECTL），unsafe静态块控制其修改行为。Java8中，大量运用CAS进行变量、属性的无锁修改，大大提高性能。  
2. // Unsafe mechanics  
3. private static final sun.misc.Unsafe U;  
4. private static final long SIZECTL;  
5. private static final long TRANSFERINDEX;  
6. private static final long BASECOUNT;  
7. private static final long CELLSBUSY;  
8. private static final long CELLVALUE;  
9. private static final long ABASE;  
10. private static final int ASHIFT;  
11.    
12. static {  
13.     try {  
14.     U = sun.misc.Unsafe.getUnsafe();  
15.     Class<?> k = ConcurrentHashMap.class;  
16.     SIZECTL = U.objectFieldOffset (k.getDeclaredField("sizeCtl"));  
17.     TRANSFERINDEX=U.objectFieldOffset(k.getDeclaredField("transferIndex"));  
18.     BASECOUNT = U.objectFieldOffset (k.getDeclaredField("baseCount"));  
19.     CELLSBUSY = U.objectFieldOffset (k.getDeclaredField("cellsBusy"));  
20.     Class<?> ck = CounterCell.class;  
21.     CELLVALUE = U.objectFieldOffset (ck.getDeclaredField("value"));  
22.     Class<?> ak = Node[].class;  
23.     ABASE = U.arrayBaseOffset(ak);  
24.     intscale = U.arrayIndexScale(ak);  
25.     if ((scale & (scale - 1)) != 0)  
26.         thrownew Error("data type scale not a power of two");  
27.     ASHIFT = 31 - Integer.numberOfLeadingZeros(scale);  
28.     } catch (Exception e) {  
29.     thrownew Error(e);  
30.     }  
31. }  

1.8 扩容相关

    tryPresize 在putAll以及treeifyBin中调用

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1. private final void tryPresize(int size) {  
2.         // 给定的容量若>=MAXIMUM_CAPACITY的一半，直接扩容到允许的最大值，否则调用函数扩容  
3.         int c = (size >= (MAXIMUM_CAPACITY >>> 1)) ? MAXIMUM_CAPACITY :  
4.             tableSizeFor(size + (size >>> 1) + 1);  
5.         int sc;  
6.         while ((sc = sizeCtl) >= 0) { //没有正在初始化或扩容，或者说表还没有被初始化  
7.             Node<K,V>[] tab = table; int n;  
8.            if(tab == null || (n = tab.length) == 0) {  
9.                 n = (sc > c) ? sc : c; // 扩容阀值取较大者  
10.          // 期间没有其他线程对表操作，则CAS将SIZECTL状态置为-1，表示正在进行初始化  
11.                 if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {  
12.                     try {  
13.                         if (table == tab) {  
14.                             @SuppressWarnings("unchecked")  
15.                             Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n];  
16.                             table = nt;  
17.                             sc = n - (n >>> 2); //无符号右移2位，此即0.75*n  
18.                         }  
19.                     } finally {  
20.                         sizeCtl = sc; // 更新扩容阀值  
21.                     }  
22.                 }  
23.             }// 若欲扩容值不大于原阀值，或现有容量>=最值，什么都不用做了  
24.             else if (c <= sc || n >= MAXIMUM_CAPACITY)  
25.                 break;  
26.             else if (tab == table) { // table不为空，且在此期间其他线程未修改table  
27.                 int rs = resizeStamp(n);  
28.                 if (sc < 0) {  
29.                     Node<K,V>[] nt;//RESIZE_STAMP_SHIFT=16,MAX_RESIZERS=2^15-1  
30.                     if ((sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs || sc == rs + 1 ||  
31.                         sc == rs + MAX_RESIZERS || (nt = nextTable) == null ||  
32.                         transferIndex <= 0)  
33.                         break;  
34.                     if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1))  
35.                         transfer(tab, nt);  
36.                 }  
37.                 else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc,  
38.                                              (rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2))  
39.                     transfer(tab, null);  
40.             }  
41.         }  
42.     }  

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1. private static final int tableSizeFor(int c){//和HashMap一样,返回>=n的最小2的自然数幂  
2.   int n = c - 1;  
3.   n |= n >>> 1;  
4.   n |= n >>> 2;  
5.   n |= n >>> 4;  
6.   n |= n >>> 8;  
7.   n |= n >>> 16;  
8.   return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;  
9. }  

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1. /** 
2. * Returns the stamp bits for resizing a table of size n. 
3. * Must be negative when shifted left by RESIZE_STAMP_SHIFT. 
4. */  
5. static final int resizeStamp(int n) { // 返回一个标志位  
6.     return Integer.numberOfLeadingZeros(n) | (1 << (RESIZE_STAMP_BITS - 1));  
7. }// numberOfLeadingZeros返回n对应32位二进制数左侧0的个数，如9（1001）返回28  
8. // RESIZE_STAMP_BITS=16,(左侧0的个数)|(2^15)  

ConcurrentHashMap无锁多线程扩容，减少扩容时的时间消耗。

transfer扩容操作 ：单线程构建两倍容量的nextTable；允许多线程复制原table元素到nextTable。

1. 为每个内核均分任务，并保证其不小于16；
2. 若nextTab为null，则初始化其为原table的2倍；
3. 死循环遍历，直到finishing。

• 节点为空，则插入ForwardingNode；
• 链表节点（fh>=0），分别插入nextTable的i和i+n的位置；【逆序链表？？】
• TreeBin节点（fh<0），判断是否需要untreefi，分别插入nextTable的i和i+n的位置；【逆序树？？】
• finishing时，nextTab赋给table，更新sizeCtl为新容量的0.75倍 ，完成扩容。

以上说的都是单线程，多线程又是如何实现的呢？

       遍历到ForwardingNode节点((fh = f.hash) == MOVED)，说明此节点被处理过了，直接跳过。这是控制并发扩容的核心  。 由于给节点上了锁，只允许当前线程完成此节点的操作，处理完毕后，将对应值设为ForwardingNode（fwd），其他线程看到forward，直接向后遍历。如此便完成了多线程的复制工作，也解决了线程安全问题。

private transient volatile Node<K,V>[] nextTable; //仅仅在扩容使用，并且此时非空

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1. // 将table每一个bin（桶位）的Node移动或复制到nextTable  
2. // 只在addCount(long x, int check)、helpTransfer、tryPresize中调用  
3. private final void transfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V>[] nextTab) {  
4.     int n = tab.length, stride;   
5.     // 每核处理的量小于16，则强制赋值16  
6.     if ((stride = (NCPU > 1) ? (n >>> 3) / NCPU : n) < MIN_TRANSFER_STRIDE)  
7.         stride = MIN_TRANSFER_STRIDE; // subdivide range  
8.     if (nextTab == null) {      // initiating  
9.         try {  
10.             @SuppressWarnings("unchecked")  
11.             Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n << 1]; //两倍  
12.             nextTab = nt;  
13.         } catch (Throwable ex) {   // try to cope with OOME  
14.             sizeCtl = Integer.MAX_VALUE;  
15.             return;  
16.         }  
17.         nextTable = nextTab;  
18.         transferIndex = n;  
19.     }  
20.     int nextn = nextTab.length;  
21.     //连节点指针,标志位，fwd的hash值为-1，fwd.nextTable=nextTab。  
22.     ForwardingNode<K,V> fwd= new ForwardingNode<K,V>(nextTab);  
23.     boolean advance= true;//并发扩容的关键属性,等于true,说明此节点已经处理过  
24.     boolean finishing = false; // to ensure sweep before committing nextTab  
25.     for (int i = 0, bound = 0;;) { // 死循环  
26.         Node<K,V> f; int fh;  
27.         while (advance) { // 控制--i，遍历原hash表中的节点  
28.             int nextIndex, nextBound;  
29.             if (--i >= bound || finishing)  
30.                 advance = false;  
31.             else if ((nextIndex = transferIndex) <= 0) {  
32.                 i = -1;  
33.                 advance = false;  
34.            }//TRANSFERINDEX 即用CAS计算得到的transferIndex  
35.             else if (U.compareAndSwapInt  
36.                      (this, TRANSFERINDEX, nextIndex,  
37.                       nextBound = (nextIndex > stride ?  
38.                                    nextIndex - stride : 0))) {  
39.                 bound = nextBound;  
40.                 i = nextIndex - 1;  
41.                 advance = false;  
42.             }  
43.         }  
44.         if (i < 0 || i >= n || i + n >= nextn) {  
45.             int sc;  
46.             if (finishing) { // 所有节点复制完毕  
47.                 nextTable = null;  
48.                 table = nextTab;  
49.                 sizeCtl = (n << 1) - (n >>> 1); //扩容阀值设为原来的1.5倍，即现在的0.75倍  
50.                 return; // 仅有的2个跳出死循环出口之一  
51.             }//CAS更新扩容阈值,sc-1表明新加入一个线程参与扩容  
52.             if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc = sizeCtl, sc - 1)) {  
53.                 if ((sc - 2) != resizeStamp(n) << RESIZE_STAMP_SHIFT)  
54.                     return;// 仅有的2个跳出死循环出口之一  
55.                 finishing = advance = true;  
56.                 i = n; // recheck before commit  
57.             }  
58.         }  
59.        else if ((f = tabAt(tab, i)) == null) //该节点为空，则插入ForwardingNode  
60.             advance = casTabAt(tab, i, null, fwd);  
61.         //遍历到ForwardingNode节点，说明此节点被处理过了，直接跳过。这是控制并发扩容的核心   
62.        else if ((fh = f.hash) == MOVED) // MOVED=-1，hash for fwd  
63.             advance = true; // already processed  
64.        else {  
65.             synchronized (f) { //上锁  
66.                 if (tabAt(tab, i) == f) {  
67.                     Node<K,V> ln, hn; //ln原位置节点，hn新位置节点  
68.                     if (fh >= 0) { // 链表  
69.                         int runBit = fh & n; // f.hash & n  
70.                         Node<K,V> lastRun = f; // lastRun和p两个链表，逆序？？  
71.                         for (Node<K,V> p = f.next; p != null; p = p.next) {  
72.                             int b = p.hash & n; // f.next.hash & n  
73.                             if (b != runBit) {  
74.                                 runBit = b;  
75.                                 lastRun = p;  
76.                             }  
77.                         }  
78.                         if (runBit == 0) {  
79.                             ln = lastRun;  
80.                             hn = null;  
81.                         }  
82.                         else {  
83.                             hn = lastRun;  
84.                             ln = null;  
85.                         }  
86.                         for (Node<K,V> p = f; p != lastRun; p = p.next) {  
87.                             int ph = p.hash; K pk = p.key; V pv = p.val;  
88.                             if ((ph & n) == 0) // 和HashMap确定扩容后的节点位置一样  
89.                                 ln = new Node<K,V>(ph, pk, pv, ln);  
90.                             else  
91.                                 hn = new Node<K,V>(ph, pk, pv, hn); //新位置节点  
92.                         }//类似HashMap，为何i+n？参见HashMap的笔记  
93.                         setTabAt(nextTab, i, ln);//在nextTable[i]插入原节点  
94.                         setTabAt(nextTab, i + n, hn);//在nextTable[i+n]插入新节点  
95.                         //在nextTable[i]插入forwardNode节点，表示已经处理过该节点   
96.                         setTabAt(tab, i, fwd);  
97.                         //设置advance为true 返回到上面的while循环中 就可以执行--i操作  
98.                         advance = true;  
99.                     }  
100.                     else if (f instanceof TreeBin) { //树  
101.                         TreeBin<K,V> t = (TreeBin<K,V>)f;  
102.                         TreeNode<K,V> lo = null, loTail = null;  
103.                         TreeNode<K,V> hi = null, hiTail = null;  
104.                         //lc、hc=0两计数器分别++记录原、新bin中TreeNode数量  
105.                         int lc = 0, hc = 0;  
106.                         for (Node<K,V> e = t.first; e != null; e = e.next) {  
107.                             int h = e.hash;  
108.                             TreeNode<K,V> p = new TreeNode<K,V>  
109.                                 (h, e.key, e.val, null, null);  
110.                             if ((h & n) == 0) {  
111.                                 if ((p.prev = loTail) == null)  
112.                                     lo = p;  
113.                                 else  
114.                                     loTail.next = p;  
115.                                 loTail = p;  
116.                                 ++lc;  
117.                             }  
118.                             else {  
119.                                 if ((p.prev = hiTail) == null)  
120.                                     hi = p;  
121.                                 else  
122.                                     hiTail.next = p;  
123.                                 hiTail = p;  
124.                                 ++hc;  
125.                             }  
126.                         }//扩容后树节点个数若<=6，将树转链表  
127.                         ln = (lc <= UNTREEIFY_THRESHOLD) ? untreeify(lo) :  
128.                             (hc != 0) ? new TreeBin<K,V>(lo) : t;  
129.                         hn = (hc <= UNTREEIFY_THRESHOLD) ? untreeify(hi) :  
130.                             (lc != 0) ? new TreeBin<K,V>(hi) : t;  
131.                         setTabAt(nextTab, i, ln);  
132.                         setTabAt(nextTab, i + n, hn);  
133.                         setTabAt(tab, i, fwd);  
134.                         advance = true;  
135.                     }  
136.                 }  
137.             }  
138.         }  
139.     }  
140. }  

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1. // 协助扩容方法。多线程下，当前线程检测到其他线程正进行扩容操作，则协助其一起扩容；（只有这种情况会被调用）从某种程度上说，其“优先级”很高，只要检测到扩容，就会放下其他工作，先扩容。  
2. // 调用之前，nextTable一定已存在。  
3. final Node<K,V>[] helpTransfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V> f) {  
4.     Node<K,V>[] nextTab; intsc;  
5.     if (tab != null && (finstanceof ForwardingNode) &&  
6.         (nextTab = ((ForwardingNode<K,V>)f).nextTable) != null) {  
7.         intrs = resizeStamp(tab.length); //标志位  
8.         while (nextTab == nextTable && table == tab &&  
9.                (sc = sizeCtl) < 0) {  
10.             if ((sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs || sc == rs + 1 ||  
11.                 sc == rs + MAX_RESIZERS || transferIndex <= 0)  
12.                 break;  
13.             if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1)) {  
14.                 transfer(tab, nextTab);//调用扩容方法，直接进入复制阶段  
15.                 break;  
16.             }  
17.         }  
18.         return nextTab;  
19.     }  
20.     return table;  
21. }  

2、 put相关：

理一下put的流程：

① 判空：null直接抛空指针异常；

② hash：计算h=key.hashcode；调用spread计算hash= ( h  ^( h  >>> 16 ))&  HASH_BITS；

③ 遍历table

• 若table为空，则初始化，仅设置相关参数；
• @@@计算当前key存放位置，即table的下标i=(n - 1) & hash；
• 若待存放位置为null，casTabAt无锁插入；
• 若是forwarding nodes（检测到正在扩容），则helpTransfer（帮助其扩容）；
• else（待插入位置非空且不是forward节点，即碰撞了），将头节点上锁（保证了线程安全）：区分链表节点和树节点，分别插入（遇到hash值与key值都与新节点一致的情况，只需要更新value值即可。否则依次向后遍历，直到链表尾插入这个结点）；
• 若链表长度>8，则treeifyBin转树（Note：若length<64,直接tryPresize,两倍table.length;不转树）。

④ addCount(1L, binCount)。

Note：

1、put操作共计两次hash操作，再利用“与&”操作计算Node的存放位置。

2、ConcurrentHashMap不允许key或value为null。

3、 addCount(longx,intcheck)方法：

    ①利用CAS快速更新baseCount的值；

    ②check>=0.则检验是否需要扩容； if sizeCtl<0（正在进行初始化或扩容操作）【nexttable null等情况break；如果有线程正在扩容，则协助扩容】； else if  仅当前线程在扩容，调用协助扩容函数，注其参数nextTable为null。

public V put(K key, V value) {

        return putVal(key, value, false);

}

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1. final V <span style="background-color: rgb(255, 255, 51);">putVal</span>(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {  
2.     // 不允许key、value为空  
3.     if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();  
4.     int hash = spread(key.hashCode()); //返回(h^(h>>>16))&HASH_BITS  
5.     int binCount = 0;  
6.     for (Node<K,V>[] tab = table;;) { // 死循环，直到插入成功  
7.         Node<K,V> f; int n, i, fh;  
8.         if (tab == null || (n = tab.length) == 0)  
9.             tab = initTable(); // table为空，初始化table  
10.         else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {// 索引处无值  
11.             if (casTabAt(tab, i, null,  
12.                          new Node<K,V>(hash, key, value, null)))  
13.                 break;  // no lock when adding to empty bin  
14.         }  
15.         else if ((fh = f.hash) == MOVED) // MOVED=-1;//hash for forwarding nodes  
16.             tab = helpTransfer(tab, f); //检测到正在扩容，则帮助其扩容  
17.         else {  
18.             V oldVal = null;  
19.             synchronized (f) { // 节点上锁（hash值相同的链表的头节点）  
20.                 if (tabAt(tab, i) == f) {  
21.                     if (fh >= 0) { // 链表节点  
22.                         binCount = 1;  
23.                         for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {  
24.                             K ek;// hash和key相同，则修改value  
25.                             if (e.hash == hash &&  
26.                                 ((ek = e.key) == key ||(ek != null && key.equals(ek)))) {  
27.                                 oldVal = e.val;  
28.                                 if (!onlyIfAbsent) //仅putIfAbsent()方法中onlyIfAbsent为true  
29.                                     e.val = value; //putIfAbsent()包含key则返回get，否则put并返回  
30.                                 break;  
31.                             }  
32.                             Node<K,V> pred = e;  
33.                             if ((e = e.next) == null) { //已遍历到链表尾部，直接插入  
34.                                 pred.next = new Node<K,V>(hash, key, value, null);  
35.                                 break;  
36.                             }  
37.                         }  
38.                     }  
39.                     else if (f instanceof TreeBin) { // 树节点  
40.                         Node<K,V> p;  
41.                         binCount = 2;  
42.                         if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,value)) != null) {  
43.                             oldVal = p.val;  
44.                             if (!onlyIfAbsent)  
45.                                 p.val = value;  
46.                         }  
47.                     }  
48.                 }  
49.             }  
50.             if (binCount != 0) {  
51.                 if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)//实则是>8,执行else,说明该桶位本就有Node  
52.                     treeifyBin(tab, i);//若length<64,直接tryPresize,两倍table.length;不转树  
53.                 if (oldVal != null)  
54.                     return oldVal;  
55.                 break;  
56.             }  
57.         }  
58.     }  
59.     addCount(1L, binCount);  
60.     return null;  
61. }  

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1. // Initializes table, using the size recorded in sizeCtl.  
2. private final Node<K,V>[] <span style="background-color: rgb(255, 255, 51);">initTable</span>() { // 仅仅设置参数，并未实质初始化  
3.     Node<K,V>[] tab; intsc;  
4.     while ((tab = table) == null || tab.length == 0) {  
5.         if ((sc = sizeCtl) < 0) // 其他线程正在初始化，此线程挂起  
6.             Thread.yield(); // lost initialization race; just spin  
7.         //CAS方法把sizectl置为-1，表示本线程正在进行初始化  
8.         elseif (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {  
9.             try {  
10.                 if ((tab = table) == null || tab.length == 0) {  
11.                    intn = (sc > 0) ? sc : DEFAULT_CAPACITY;//DEFAULT_CAPACITY=16  
12.                     @SuppressWarnings("unchecked")  
13.                     Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n];  
14.                     table = tab = nt;  
15.                     sc = n - (n >>> 2); // 扩容阀值，0.75*n  
16.                 }  
17.             } finally {  
18.                 sizeCtl = sc;  
19.             }  
20.             break;  
21.         }  
22.     }  
23.     return tab;  
24. }  

3、 get、contains相关

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1. public V <span style="background-color: rgb(255, 255, 51);">get</span>(Object key) {  
2.      Node<K,V>[] tab; Node<K,V> e, p; intn, eh; K ek;  
3.      inth = spread(key.hashCode());   
4.      if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&  
5.          (e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null) {//tabAt(i),获取索引i处Node  
6.          if ((eh = e.hash) == h) {  
7.              if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))  
8.                  returne.val;  
9.          }  
10.          elseif (eh < 0) // 树  
11.              return (p = e.find(h, key)) != null ? p.val : null;  
12.          while ((e = e.next) != null) { // 链表  
13.              if (e.hash == h &&  
14.                  ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))))  
15.                  returne.val;  
16.          }  
17.      }  
18.      return null;  
19. }  

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1. public boolean containsKey(Object key) {return get(key) != null;}  
2. public boolean containsValue(Object value) {}  

理一下get的流程：

①spread计算hash值；

②table不为空；

③tabAt(i)处桶位不为空；

④check first，是则返回当前Node的value；否则分别根据树、链表查询。

4、 Size相关：

        由于ConcurrentHashMap在统计size时 可能正被 多个线程操作，而我们又不可能让他停下来让我们计算，所以只能计量一个估计值。

计数辅助：

// Table of counter cells. When non-null, size is a power of 2 private transient volatile CounterCell[] counterCells;

@sun.misc.Contended static final class CounterCell {     volatile long value;     CounterCell(long x) { value = x; } }

final long sumCount(){     CounterCell as[] = counterCells;     long sum = baseCount;     if(as != null){         for(int i = 0; i < as.length; i++){           CounterCell a;            if((a = as[i]) != null)               sum += a.value;         }     }     return sum; }

private final void fullAddCount(long x, boolean wasUncontended) {}

public int size() { // 旧版本方法，和推荐的mappingCount返回的值基本无区别     longn = sumCount();     return ((n < 0L) ? 0 :         (n > (long)Integer.MAX_VALUE) ? Integer.MAX_VALUE :         (int)n); }

// 返回Mappings中的元素个数，官方建议用来替代size。此方法返回的是一个估计值；如果sumCount时有线程插入或删除，实际数量是和mappingCount不同的。since 1.8 public long mappingCount() {     longn = sumCount();     return (n < 0L) ? 0L : n; // ignore transient negative values }

private   transient   volatile   long   baseCount ;  //ConcurrentHashMap中元素个数,基于CAS无锁更新,但返回的不一定是当前Map的真实元素个数。

5、remove、clear相关：

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1. public void clear() { // 移除所有元素  
2.     long delta = 0L; // negative number of deletions  
3.     inti = 0;  
4.     Node<K,V>[] tab = table;  
5.     while (tab != null && i < tab.length) {  
6.        intfh;  
7.        Node<K,V> f = tabAt(tab, i);  
8.        if (f == null) // 为空，直接跳过  
9.            ++i;  
10.        else if ((fh = f.hash) == MOVED) { //检测到其他线程正对其扩容  
11. //则协助其扩容，然后重置计数器，重新挨个删除元素，避免删除了元素，其他线程又新增元素。  
12.            tab = helpTransfer(tab, f);  
13.            i = 0; // restart  
14.        }  
15.        else{  
16.            synchronized (f) { // 上锁  
17.                if (tabAt(tab, i) == f) { // 其他线程没有在此期间操作f  
18.                   Node<K,V> p = (fh >= 0 ? f :  
19.                                (finstanceof TreeBin) ?  
20.                                ((TreeBin<K,V>)f).first : null);  
21.                    while (p != null) { // 首先删除链、树的末尾元素，避免产生大量垃圾  
22.                        --delta;  
23.                        p = p.next;  
24.                    }  
25.                    setTabAt(tab, i++, null); // 利用CAS无锁置null  
26.                }  
27.            }  
28.        }  
29.     }  
30.     if (delta != 0L)  
31.        addCount(delta, -1); // 无实际意义，参数check<=1，直接return。  
32. }  

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1. public V remove(Object key) { // key为null，将在计算hashCode时报空指针异常  
2.     return replaceNode(key, null, null);  
3. }  

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1. public boolean remove(Object key, Object value) {  
2.     if (key == null)  
3.         thrownew NullPointerException();  
4.     returnvalue != null && replaceNode(key, null, value) != null;  
5. }  

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1. // remove核心方法，注意，这里的cv才是key-value中的value！  
2. final V replaceNode(Object key, V value, Object cv) {  
3.     inthash = spread(key.hashCode());  
4.     for (Node<K,V>[] tab = table;;) {  
5.         Node<K,V> f; intn, i, fh;  
6.         if (tab == null || (n = tab.length) == 0 ||  
7.             (f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null)  
8.             break; // 该桶位第一个元素为空，直接跳过  
9.         elseif ((fh = f.hash) == MOVED)  
10.             tab = helpTransfer(tab, f); // 先协助扩容再说  
11.         else {  
12.             V oldVal = null;  
13.             booleanvalidated = false;  
14.             synchronized (f) {  
15.                 if (tabAt(tab, i) == f) {  
16.                     if (fh >= 0) {  
17.                         validated = true;  
18.                        //pred没看出来有什么用，全是别人赋值给他，他却不影响其他参数  
19.                         for (Node<K,V> e = f, pred = null;;) {   
20.                             K ek;  
21.                             if (e.hash == hash &&((ek = e.key) == key ||  
22.                                  (ek != null && key.equals(ek)))){//hash且可以相等  
23.                                 V ev = e.val;  
24.                                // value为null或value和查到的值相等  
25.                                 if (cv == null || cv == ev ||  
26.                                       (ev != null && cv.equals(ev))) {  
27.                                     oldVal = ev;  
28.                                     if (value != null) // replace中调用  
29.                                         e.val = value;  
30.                                     elseif (pred != null)  
31.                                         pred.next = e.next;  
32.                                     else  
33.                                         setTabAt(tab, i, e.next);  
34.                                 }  
35.                                 break;  
36.                             }  
37.                             pred = e;  
38.                             if ((e = e.next) == null)  
39.                                 break;  
40.                         }  
41.                     }  
42.                     elseif (finstanceof TreeBin) { // 以树的方式find、remove  
43.                         validated = true;  
44.                         TreeBin<K,V> t = (TreeBin<K,V>)f;  
45.                         TreeNode<K,V> r, p;  
46.                         if ((r = t.root) != null &&  
47.                             (p = r.findTreeNode(hash, key, null)) != null) {  
48.                             V pv = p.val;  
49.                             if (cv == null || cv == pv ||  
50.                                 (pv != null && cv.equals(pv))) {  
51.                                 oldVal = pv;  
52.                                 if (value != null)  
53.                                     p.val = value;  
54.                                 elseif (t.removeTreeNode(p))  
55.                                     setTabAt(tab, i, untreeify(t.first));  
56.                             }  
57.                         }  
58.                     }  
59.                 }  
60.             }  
61.             if (validated) {  
62.                 if (oldVal != null) {  
63.                     if (value == null)  
64.                         addCount(-1L, -1);  
65.                     returnoldVal;  
66.                 }  
67.                 break;  
68.             }  
69.         }  
70.     }  
71.     return null;  
72. }  

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1. public boolean replace(K key, V oldValue, V newValue) {}  

6、其他函数：

public boolean isEmpty() {

    return sumCount() <= 0L; // ignore transient negative values

}

参考资料:

http://ifeve.com/concurrenthashmap/

http://ifeve.com/java-concurrent-hashmap-2/

、、、、、、、、、

http://ashkrit.blogspot.com/2014/12/what-is-new-in-java8-concurrenthashmap.html

http://blog.csdn.net/u010723709/article/details/48007881

http://yucchi.jp/blog/?p=2048

http://blog.csdn.net/q291611265/article/details/47985145

、、、、、、、、、、

SynchronizedMap：http://blog.sina.com.cn/s/blog_5157093c0100hm3y.html

http://blog.csdn.net/yangfanend/article/details/7165742

http://blog.csdn.net/xuefeng0707/article/details/40797085

<a target=_blank id="L1" href="http://blog.csdn.net/u010887744/article/details/50637030#L1" rel="#L1" style="color: rgb(102, 102, 102); text-decoration: none;"> 1</a> <a target=_blank id="L2" href="http://blog.csdn.net/u010887744/article/details/50637030#L2" rel="#L2" style="color: rgb(102, 102, 102); text-decoration: none;"> 2</a> <a target=_blank id="L3" href="http://blog.csdn.net/u010887744/article/details/50637030#L3" rel="#L3" style="color: rgb(102, 102, 102); text-decoration: none;"> 3</a> <a target=_blank id="L4" href="http://blog.csdn.net/u010887744/article/details/50637030#L4" rel="#L4" style="color: rgb(102, 102, 102); text-decoration: none;"> 4</a> <a target=_blank id="L5" href="http://blog.csdn.net/u010887744/article/details/50637030#L5" rel="#L5" style="color: rgb(102, 102, 102); text-decoration: none;"> 5</a> <a target=_blank id="L6" href="http://blog.csdn.net/u010887744/article/details/50637030#L6" rel="#L6" style="color: rgb(102, 102, 102); text-decoration: none;"> 6</a> <a target=_blank id="L7" href="http://blog.csdn.net/u010887744/article/details/50637030#L7" rel="#L7" style="color: rgb(102, 102, 102); text-decoration: none;"> 7</a> <a target=_blank id="L8" href="http://blog.csdn.net/u010887744/article/details/50637030#L8" rel="#L8" style="color: rgb(102, 102, 102); text-decoration: none;"> 8</a> <a target=_blank id="L9" href="http://blog.csdn.net/u010887744/article/details/50637030#L9" rel="#L9" style="color: rgb(102, 102, 102); text-decoration: none;"> 9</a> <a target=_blank id="L10" href="http://blog.csdn.net/u010887744/article/details/50637030#L10" rel="#L10" style="color: rgb(102, 102, 102); text-decoration: none;"> 10</a> <a target=_blank id="L11" href="http://blog.csdn.net/u010887744/article/details/50637030#L11" rel="#L11" style="color: rgb(102, 102, 102); text-decoration: none;"> 11</a>

ArrayList源码分析（jdk1.8）：http://blog.csdn.net/u010887744/article/details/49496093 HashMap源码分析（jdk1.8）：http://write.blog.csdn.net/postedit/50346257 ConcurrentHashMap源码分析--Java8：http://blog.csdn.net/u010887744/article/details/50637030 每篇文章都包含 有道云笔记地址，可直接保存。 在线查阅JDK源码： JDK8：https://github.com/zxiaofan/JDK1.8-Src JDK7：https://github.com/zxiaofan/JDK_Src_1.7 史上最全Java集合关系图：http://blog.csdn.net/u010887744/article/details/50575735

 来自CODE的代码片

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