本文部分照片和代码分析来自文末参考资料
java8中的concurrenthashmap的方法逻辑和注解有些问题，建议看最新的JDK版本
建议阅读 concurrenthashmap 源码前过一遍源码前面的注释，参考资料第二篇的博客有注释翻译
概述
java8 的 concurrenthashmap 主要工作方式如下 ：
可以看到总体就是链表+红黑树。当链表数量达到一定值（默认是8）时，我们就会将链表转化为红黑树。concurrenthash的特点就是并发，那么是如何并发的呢？下面是几个concurrenthash 的工作过程。
源码阅读
控制信号
put
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) {
if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
//计算 hash 值
int hash = spread(key.hashCode());
int binCount = 0;
//for 循环
for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
Node<K,V> f; int n, i, fh;
// 首次加入或是 tab 里面没元素
if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
tab = initTable(); //初始化 Table,然后继续循环
//发现在列表中没有
else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
//CAS 放进去，成功后 break退出循环
if (casTabAt(tab, i, null,
new Node<K,V>(hash, key, value, null)))
break; // no lock when adding to empty bin
}
//在列表中存在，hash 值为 MOVED(-1)
else if ((fh = f.hash) == MOVED)
tab = helpTransfer(tab, f);
else {
//进到这里 f , fh 分别都被赋值了,列表中存在该值
V oldVal = null;
//直接加锁操作
synchronized (f) {
if (tabAt(tab, i) == f) {
//如果为链表
if (fh >= 0) {
binCount = 1;
for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {
K ek;
//找到，更新
if (e.hash == hash &&
((ek = e.key) == key ||
(ek != null && key.equals(ek)))) {
oldVal = e.val;
if (!onlyIfAbsent)
e.val = value;
break;
}
//找不到，e指向e后面那个
Node<K,V> pred = e;
if ((e = e.next) == null) {
//最后这条链表没有，就加在后面
pred.next = new Node<K,V>(hash, key,
value, null);
break;
}
}
}
//如果为红黑树
else if (f instanceof TreeBin) {
Node<K,V> p;
binCount = 2;
if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,
value)) != null) {
//存在一样的 key , 更新
oldVal = p.val;
if (!onlyIfAbsent)
p.val = value;
}
}
}
}
if (binCount != 0) {
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
//判断是否应该变为红黑树，treeifyBin 也有可能是扩展了数组大小。
treeifyBin(tab, i);
if (oldVal != null)
return oldVal;
break;
}
}
}
addCount(1L, binCount);
return null;
}
初始化数组
/**
* Initializes table, using the size recorded in sizeCtl.
*
* 这里假如有多个线程执行put 操作，那么初始化线程的操作应该只能执行一次
*/
private final Node<K,V>[] initTable() {
Node<K,V>[] tab; int sc;
while ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
if ((sc = sizeCtl) < 0)
Thread.yield(); // lost initialization race; just spin
//CAS 将 sizeCtl 赋值为 -1 ，那么CAS失败的线程进行循环要不让步，要不就tab得到赋值退出
else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {
try {
if ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
int n = (sc > 0) ? sc : DEFAULT_CAPACITY;
@SuppressWarnings("unchecked")
Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n];
table = tab = nt;
//这里就是 0.75*n
sc = n - (n >>> 2);
}
} finally {
// sizeCtl = sc = 0.75*n
sizeCtl = sc;
}
break;
}
}
return tab;
}
扩容和迁移
假如上面的put 方法进入了treeifyBin 方法，那么接下来要进行扩容。
/**
* Replaces all linked nodes in bin at given index unless table is
* too small, in which case resizes instead.
*/
private final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int index) {
Node<K,V> b; int n;
if (tab != null) {
if ((n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
//扩容迁移
tryPresize(n << 1);
//生成红黑树
else if ((b = tabAt(tab, index)) != null && b.hash >= 0) {
synchronized (b) {
if (tabAt(tab, index) == b) {
TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
for (Node<K,V> e = b; e != null; e = e.next) {
TreeNode<K,V> p =
new TreeNode<K,V>(e.hash, e.key, e.val,
null, null);
if ((p.prev = tl) == null)
hd = p;
else
tl.next = p;
tl = p;
}
setTabAt(tab, index, new TreeBin<K,V>(hd));
}
}
}
}
} /**
* Tries to presize table to accommodate the given number of elements.
*
* @param size number of elements (doesn't need to be perfectly accurate)
*/
private final void tryPresize(int size) {
int c = (size >= (MAXIMUM_CAPACITY >>> 1)) ? MAXIMUM_CAPACITY :
tableSizeFor(size + (size >>> 1) + 1);
int sc;
while ((sc = sizeCtl) >= 0) {
Node<K,V>[] tab = table; int n;
//和initTable一样
if (tab == null || (n = tab.length) == 0) {
n = (sc > c) ? sc : c;
if (U.compareAndSetInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {
try {
if (table == tab) {
@SuppressWarnings("unchecked")
Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n];
table = nt;
sc = n - (n >>> 2);
}
} finally {
sizeCtl = sc;
}
}
}
else if (c <= sc || n >= MAXIMUM_CAPACITY)
break;
else if (tab == table) {
//扩容迁移
int rs = resizeStamp(n);
if (U.compareAndSetInt(this, SIZECTL, sc,
(rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2))
transfer(tab, null);
}
}
}
private final void transfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V>[] nextTab) {
int n = tab.length, stride;
// stride 在单核下直接等于 n，多核模式下为 (n>>>3)/NCPU，最小值是 16
// stride 可以理解为”步长“，有 n 个位置是需要进行迁移的，
// 将这 n 个任务分为多个任务包，每个任务包有 stride 个任务
if ((stride = (NCPU > 1) ? (n >>> 3) / NCPU : n) < MIN_TRANSFER_STRIDE)
stride = MIN_TRANSFER_STRIDE; // subdivide range
// 如果 nextTab 为 null，先进行一次初始化
// 前面我们说了，外围会保证第一个发起迁移的线程调用此方法时，参数 nextTab 为 null
// 之后参与迁移的线程调用此方法时，nextTab 不会为 null
if (nextTab == null) {
try {
// 容量翻倍
Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n << 1];
nextTab = nt;
} catch (Throwable ex) { // try to cope with OOME
sizeCtl = Integer.MAX_VALUE;
return;
}
// nextTable 是 ConcurrentHashMap 中的属性
nextTable = nextTab;
// transferIndex 也是 ConcurrentHashMap 的属性，用于控制迁移的位置
transferIndex = n;
}
int nextn = nextTab.length;
// ForwardingNode 翻译过来就是正在被迁移的 Node
// 这个构造方法会生成一个Node，key、value 和 next 都为 null，关键是 hash 为 MOVED
// 后面我们会看到，原数组中位置 i 处的节点完成迁移工作后，
// 就会将位置 i 处设置为这个 ForwardingNode，用来告诉其他线程该位置已经处理过了
// 所以它其实相当于是一个标志。
ForwardingNode<K,V> fwd = new ForwardingNode<K,V>(nextTab);
// advance 指的是做完了一个位置的迁移工作，可以准备做下一个位置的了
boolean advance = true;
boolean finishing = false; // to ensure sweep before committing nextTab
/*
* 下面这个 for 循环，最难理解的在前面，而要看懂它们，应该先看懂后面的，然后再倒回来看
*
*/
// i 是位置索引，bound 是边界，注意是从后往前
for (int i = 0, bound = 0;;) {
Node<K,V> f; int fh;
// 下面这个 while 真的是不好理解
// advance 为 true 表示可以进行下一个位置的迁移了
// 简单理解结局：i 指向了 transferIndex，bound 指向了 transferIndex-stride
// 下面这个while 的作用是 i 和 bound 进行 赋值 （为每个线程划定任务区）
while (advance) {
int nextIndex, nextBound;
if (--i >= bound || finishing)
advance = false;
// 将 transferIndex 值赋给 nextIndex
// 这里 transferIndex 一旦小于等于 0，说明原数组的所有位置都有相应的线程去处理了
else if ((nextIndex = transferIndex) <= 0) {
i = -1;
advance = false;
}
//一次小迁移任务完成后（此时还有得分配），迁移的线程继续来到这里，和想帮忙的线程一起抢
else if (U.compareAndSetInt
(this, TRANSFERINDEX, nextIndex,
nextBound = (nextIndex > stride ?
nextIndex - stride : 0))) {
// 看括号中的代码，nextBound 是这次迁移任务的边界，注意，是从后往前
bound = nextBound;
i = nextIndex - 1;
advance = false;
}
//抢不到就继续循环，直到退出
}
//这个if里面的作用是对所有的迁移操作是否完成进行判断 （判断所有任务是否 OK ）
// 或是从 上面第二个 else if 过来的
if (i < 0 || i >= n || i + n >= nextn) {
int sc;
if (finishing) {
// 所有的迁移操作已经完成
nextTable = null;
// 将新的 nextTab 赋值给 table 属性，完成迁移
table = nextTab;
// 重新计算 sizeCtl：n 是原数组长度，所以 sizeCtl 得出的值将是新数组长度的 0.75 倍
sizeCtl = (n << 1) - (n >>> 1);
return;
}
// 之前我们说过，sizeCtl 在迁移前会设置为 (rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2
// 然后，每有一个线程参与迁移就会将 sizeCtl 加 1，
// 这里使用 CAS 操作对 sizeCtl 进行减 1，代表做完了属于自己的任务
if (U.compareAndSetInt(this, SIZECTL, sc = sizeCtl, sc - 1)) {
if ((sc - 2) != resizeStamp(n) << RESIZE_STAMP_SHIFT)
//进来这里就是说明迁移完成，有其他线程在帮忙迁移
//（假如一个次迁移完成，没人帮忙，等号两边应该是相等的）
return;
//最后一批迁移任务完成
// 到这里，说明 (sc - 2) == resizeStamp(n) << RESIZE_STAMP_SHIFT，
// 也就是说，所有的迁移任务都做完了，也就会进入到上面的 if(finishing){} 分支了
finishing = advance = true;
i = n; // recheck before commit
}
}
//下面的 else if 是对分到的任务区进行判断，是否已经迁移过了（是否迁移过的标志就是 ForwardingNode）
//要是都不是，那么就是还没迁移咯，开始自己任务区的迁移工作！！
// 如果位置 i 处是空的，没有任何节点，那么放入刚刚初始化的 ForwardingNode ”空节点“，
//表明这个区域正在迁移
else if ((f = tabAt(tab, i)) == null)
advance = casTabAt(tab, i, null, fwd);
// 该位置处是一个 ForwardingNode，代表该位置已经迁移过了
else if ((fh = f.hash) == MOVED)
advance = true; // already processed
else {
// 对数组该位置处的结点加锁，开始处理数组该位置处的迁移工作
synchronized (f) {
if (tabAt(tab, i) == f) {
Node<K,V> ln, hn;
// 头结点的 hash 大于 0，说明是链表的 Node 节点
if (fh >= 0) {
// 下面这一块和 Java7 中的 ConcurrentHashMap 迁移是差不多的，
// 需要将链表一分为二，
// 找到原链表中的 lastRun，然后 lastRun 及其之后的节点是一起进行迁移的
// lastRun 之前的节点需要进行克隆，然后分到两个链表中
// 文档中说到大概只有六分之一需要复制
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);
else
hn = new Node<K,V>(ph, pk, pv, hn);
}
// 其中的一个链表放在新数组的位置 i
setTabAt(nextTab, i, ln);
// 另一个链表放在新数组的位置 i+n
setTabAt(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，
// 他线程一旦看到该位置的 hash 值为 MOVED，就不会进行迁移了
setTabAt(tab, i, fwd);
// advance 设置为 true，代表该位置已经迁移完毕，进行下一个循环
advance = true;
}
else if (f instanceof TreeBin) {
// 红黑树的迁移
TreeBin<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;
else
loTail.next = p;
loTail = p;
++lc;
}
else {
if ((p.prev = hiTail) == null)
hi = p;
else
hiTail.next = p;
hiTail = p;
++hc;
}
}
// 如果一分为二后，节点数少于 8，那么将红黑树转换回链表
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 i
setTabAt(nextTab, i, ln);
// 将 hn 放置在新数组的位置 i+n
setTabAt(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，
// 其他线程一旦看到该位置的 hash 值为 MOVED，就不会进行迁移了
setTabAt(tab, i, fwd);
// advance 设置为 true，代表该位置已经迁移完毕
advance = true;
}else if (f instanceof ReservationNode)
throw new IllegalStateException("Recursive update");
}
}
}
}
}
其中要说一下，当进行transfer 前都会 传入一个 rs 进行CAS ,让我们来看一下 rs 表示什么东西.
int rs = resizeStamp(n);
/**
* Returns the stamp bits for resizing a table of size n.
* Must be negative when shifted left by RESIZE_STAMP_SHIFT.
*
* Integer.numberOfLeadingZeros(n) 返回的是 n 前面有多少个零
*
*/
static final int resizeStamp(int n) {
return Integer.numberOfLeadingZeros(n) | (1 << (RESIZE_STAMP_BITS - 1));
}
我们知道上面代码中的 n 就是数组大小，都是2的N 次方大小，二进制由一个1和多个0组成，即是说，n不同，返回的值（即rs）必定不同。这有什么作用呢？
文档中是这么说的 ：
A generation stamp in field sizeCtl ensures that resizings do not overlap.
我们想想要是 sizeCtl 里面就表示包含了扩容的线程数，假如一个线程把 n 变到 2n , 一个线程 把2n 变到 4n 的时候，有可能值就把后面生成的新的数组覆盖掉，那为什么用了 rs 就不会呢？前面说了 n不同，返回的值（即rs）必定不同。
帮助迁移
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) &&
(nextTab = ((ForwardingNode<K,V>)f).nextTable) != null) {
int rs = resizeStamp(tab.length) << RESIZE_STAMP_SHIFT;
while (nextTab == nextTable && table == tab &&
(sc = sizeCtl) < 0) {
// sc == rs + 1 不知是什么意思
if (sc == rs + MAX_RESIZERS || sc == rs + 1 ||
transferIndex <= 0)
break;
//到这里就表示条件满足了， CAS 后进入帮助迁移
//可以知道 nextTab 此时不为空了，要是进入是空的话，方法内部也会创建
if (U.compareAndSetInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1)) {
transfer(tab, nextTab);
break;
}
}
return nextTab;
}
return table;
}
get
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) {
//存在返回
if ((eh = e.hash) == h) {
if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))
return e.val;
}
//有可能在迁移
else if (eh < 0)
//有可能是红黑树节点，或是其他节点，find 方法在每种节点有重写
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;
}