欧美一级特黄大片做受成人-亚洲成人一区二区电影-激情熟女一区二区三区-日韩专区欧美专区国产专区

Java并發(fā)系列之ConcurrentHashMap源碼分析

我們知道哈希表是一種非常高效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)優(yōu)良的哈希函數(shù)可以使其上的增刪改查操作達(dá)到O(1)級(jí)別。Java為我們提供了一個(gè)現(xiàn)成的哈希結(jié)構(gòu),那就是HashMap類,在前面的文章中我曾經(jīng)介紹過HashMap類,知道它的所有方法都未進(jìn)行同步,因此在多線程環(huán)境中是不安全的。為此,Java為我們提供了另外一個(gè)HashTable類,它對(duì)于多線程同步的處理非常簡單粗暴,那就是在HashMap的基礎(chǔ)上對(duì)其所有方法都使用synchronized關(guān)鍵字進(jìn)行加鎖。這種方法雖然簡單,但導(dǎo)致了一個(gè)問題,那就是在同一時(shí)間內(nèi)只能由一個(gè)線程去操作哈希表。即使這些線程都只是進(jìn)行讀操作也必須要排隊(duì),這在競爭激烈的多線程環(huán)境中極為影響性能。本篇介紹的ConcurrentHashMap就是為了解決這個(gè)問題的,它的內(nèi)部使用分段鎖將鎖進(jìn)行細(xì)粒度化,從而使得多個(gè)線程能夠同時(shí)操作哈希表,這樣極大的提高了性能。下圖是其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的示意圖。

創(chuàng)新互聯(lián)建站服務(wù)項(xiàng)目包括定襄網(wǎng)站建設(shè)、定襄網(wǎng)站制作、定襄網(wǎng)頁制作以及定襄網(wǎng)絡(luò)營銷策劃等。多年來,我們專注于互聯(lián)網(wǎng)行業(yè),利用自身積累的技術(shù)優(yōu)勢、行業(yè)經(jīng)驗(yàn)、深度合作伙伴關(guān)系等,向廣大中小型企業(yè)、政府機(jī)構(gòu)等提供互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的解決方案,定襄網(wǎng)站推廣取得了明顯的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。目前,我們服務(wù)的客戶以成都為中心已經(jīng)輻射到定襄省份的部分城市,未來相信會(huì)繼續(xù)擴(kuò)大服務(wù)區(qū)域并繼續(xù)獲得客戶的支持與信任!

Java并發(fā)系列之ConcurrentHashMap源碼分析

1. ConcurrentHashMap有哪些成員變量?

//默認(rèn)初始化容量
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;

//默認(rèn)加載因子
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

//默認(rèn)并發(fā)級(jí)別
static final int DEFAULT_CONCURRENCY_LEVEL = 16;

//集合最大容量
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

//分段鎖的最小數(shù)量
static final int MIN_SEGMENT_TABLE_CAPACITY = 2;

//分段鎖的最大數(shù)量
static final int MAX_SEGMENTS = 1 << 16;

//加鎖前的重試次數(shù)
static final int RETRIES_BEFORE_LOCK = 2;

//分段鎖的掩碼值
final int segmentMask;

//分段鎖的移位值
final int segmentShift;

//分段鎖數(shù)組
final Segment<K,V>[] segments;

在閱讀完本篇文章之前,相信讀者不能理解這些成員變量的具體含義和作用,不過請(qǐng)讀者們耐心看下去,后面將會(huì)在具體場景中一一介紹到這些成員變量的作用。在這里讀者只需對(duì)這些成員變量留個(gè)眼熟即可。但是仍有個(gè)別變量是我們現(xiàn)在需要了解的,例如Segment數(shù)組代表分段鎖集合,并發(fā)級(jí)別則代表分段鎖的數(shù)量(也意味有多少線程可以同時(shí)操作),初始化容量代表整個(gè)容器的容量,加載因子代表容器元素可以達(dá)到多滿的一種程度。

2. 分段鎖的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是怎樣的?

//分段鎖
static final class Segment<K,V> extends ReentrantLock implements Serializable {
  //自旋最大次數(shù)
  static final int MAX_SCAN_RETRIES = Runtime.getRuntime().availableProcessors() > 1 ? 64 : 1;
  //哈希表
  transient volatile HashEntry<K,V>[] table;
  //元素總數(shù)
  transient int count;
  //修改次數(shù)
  transient int modCount;
  //元素閥值
  transient int threshold;
  //加載因子
  final float loadFactor;
  //省略以下內(nèi)容
  ...
}

Segment是ConcurrentHashMap的靜態(tài)內(nèi)部類,可以看到它繼承自ReentrantLock,因此它在本質(zhì)上是一個(gè)鎖。它在內(nèi)部持有一個(gè)HashEntry數(shù)組(哈希表),并且保證所有對(duì)該數(shù)組的增刪改查方法都是線程安全的,具體是怎樣實(shí)現(xiàn)的后面會(huì)講到。所有對(duì)ConcurrentHashMap的增刪改查操作都可以委托Segment來進(jìn)行,因此ConcurrentHashMap能夠保證在多線程環(huán)境下是安全的。又因?yàn)椴煌腟egment是不同的鎖,所以多線程可以同時(shí)操作不同的Segment,也就意味著多線程可以同時(shí)操作ConcurrentHashMap,這樣就能避免HashTable的缺陷,從而極大的提高性能。

3. ConcurrentHashMap初始化時(shí)做了些什么?

//核心構(gòu)造器
@SuppressWarnings("unchecked")
public ConcurrentHashMap(int initialCapacity, float loadFactor, int concurrencyLevel) {
  if (!(loadFactor > 0) || initialCapacity < 0 || concurrencyLevel <= 0) {
    throw new IllegalArgumentException();
  }
  //確保并發(fā)級(jí)別不大于限定值
  if (concurrencyLevel > MAX_SEGMENTS) {
    concurrencyLevel = MAX_SEGMENTS;
  }
  int sshift = 0;
  int ssize = 1;
  //保證ssize為2的冪, 且是最接近的大于等于并發(fā)級(jí)別的數(shù)
  while (ssize < concurrencyLevel) {
    ++sshift;
    ssize <<= 1;
  }
  //計(jì)算分段鎖的移位值
  this.segmentShift = 32 - sshift;
  //計(jì)算分段鎖的掩碼值
  this.segmentMask = ssize - 1;
  //總的初始容量不能大于限定值
  if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) {
    initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
  }
  //獲取每個(gè)分段鎖的初始容量
  int c = initialCapacity / ssize;
  //分段鎖容量總和不小于初始總?cè)萘?  if (c * ssize < initialCapacity) {
    ++c;
  }
  int cap = MIN_SEGMENT_TABLE_CAPACITY;
  //保證cap為2的冪, 且是最接近的大于等于c的數(shù)
  while (cap < c) {
    cap <<= 1;
  }
  //新建一個(gè)Segment對(duì)象模版
  Segment<K,V> s0 = new Segment<K,V>(loadFactor, (int)(cap * loadFactor), (HashEntry<K,V>[])new HashEntry[cap]);
  //新建指定大小的分段鎖數(shù)組
  Segment<K,V>[] ss = (Segment<K,V>[])new Segment[ssize];
  //使用UnSafe給數(shù)組第0個(gè)元素賦值
  UNSAFE.putOrderedObject(ss, SBASE, s0);
  this.segments = ss;
}

ConcurrentHashMap有多個(gè)構(gòu)造器,但是上面貼出的是它的核心構(gòu)造器,其他構(gòu)造器都通過調(diào)用它來完成初始化。核心構(gòu)造器需要傳入三個(gè)參數(shù),分別是初始容量,加載因子和并發(fā)級(jí)別。在前面介紹成員變量時(shí)我們可以知道默認(rèn)的初始容量為16,加載因子為0.75f,并發(fā)級(jí)別為16?,F(xiàn)在我們看到核心構(gòu)造器的代碼,首先是通過傳入的concurrencyLevel來計(jì)算出ssize,ssize是Segment數(shù)組的長度,它必須保證是2的冪,這樣就可以通過hash&ssize-1來計(jì)算分段鎖在數(shù)組中的下標(biāo)。由于傳入的concurrencyLevel不能保證是2的冪,所以不能直接用它來當(dāng)作Segment數(shù)組的長度,因此我們要找到一個(gè)最接近c(diǎn)oncurrencyLevel的2的冪,用它來作為數(shù)組的長度。假如現(xiàn)在傳入的concurrencyLevel=15,通過上面代碼可以計(jì)算出ssize=16,sshift=4。接下來立馬可以算出segmentShift=16,segmentMask=15。注意這里的segmentShift是分段鎖的移位值,segmentMask是分段鎖的掩碼值,這兩個(gè)值是用來計(jì)算分段鎖在數(shù)組中的下標(biāo),在下面我們會(huì)講到。在算出分段鎖的個(gè)數(shù)ssize之后,就可以根據(jù)傳入的總?cè)萘縼碛?jì)算每個(gè)分段鎖的容量,它的值c = initialCapacity / ssize。分段鎖的容量也就是HashEntry數(shù)組的長度,同樣也必須保證是2的冪,而上面算出的c的值不能保證這一點(diǎn),所以不能直接用c作為HashEntry數(shù)組的長度,需要另外找到一個(gè)最接近c(diǎn)的2的冪,將這個(gè)值賦給cap,然后用cap來作為HashEntry數(shù)組的長度?,F(xiàn)在我們有了ssize和cap,就可以新建分段鎖數(shù)組Segment[]和元素?cái)?shù)組HashEntry[]了。注意,與JDK1.6不同是的,在JDK1.7中只新建了Segment數(shù)組,并沒有對(duì)它初始化,初始化Segment的操作留到了插入操作時(shí)進(jìn)行。

4. 通過怎樣的方式來定位鎖和定位元素?

//根據(jù)哈希碼獲取分段鎖
@SuppressWarnings("unchecked")
private Segment<K,V> segmentForHash(int h) {
  long u = (((h >>> segmentShift) & segmentMask) << SSHIFT) + SBASE;
  return (Segment<K,V>) UNSAFE.getObjectVolatile(segments, u);
}

//根據(jù)哈希碼獲取元素
@SuppressWarnings("unchecked")
static final <K,V> HashEntry<K,V> entryForHash(Segment<K,V> seg, int h) {
  HashEntry<K,V>[] tab;
  return (seg == null || (tab = seg.table) == null) ? null :
  (HashEntry<K,V>) UNSAFE.getObjectVolatile(tab, ((long)(((tab.length - 1) & h)) << TSHIFT) + TBASE);
}

在JDK1.7中是通過UnSafe來獲取數(shù)組元素的,因此這里比JDK1.6多了些計(jì)算數(shù)組元素偏移量的代碼,這些代碼我們暫時(shí)不關(guān)注,現(xiàn)在我們只需知道下面這兩點(diǎn):
a. 通過哈希碼計(jì)算分段鎖在數(shù)組中的下標(biāo):(h >>> segmentShift) & segmentMask。
b. 通過哈希碼計(jì)算元素在數(shù)組中的下標(biāo):(tab.length - 1) & h。
現(xiàn)在我們假設(shè)傳給構(gòu)造器的兩個(gè)參數(shù)為initialCapacity=128, concurrencyLevel=16。根據(jù)計(jì)算可以得到ssize=16, sshift=4,segmentShift=28,segmentMask=15。同樣,算得每個(gè)分段鎖內(nèi)的HashEntry數(shù)組的長度為8,所以tab.length-1=7。根據(jù)這些值,我們通過下圖來解釋如何根據(jù)同一個(gè)哈希碼來定位分段鎖和元素。

Java并發(fā)系列之ConcurrentHashMap源碼分析

可以看到分段鎖和元素的定位都是通過元素的哈希碼來決定的。定位分段鎖是取哈希碼的高位值(從32位處取起),定位元素是取的哈希碼的低位值?,F(xiàn)在有個(gè)問題,它們一個(gè)從32位的左端取起,一個(gè)從32位的右端取起,那么會(huì)在某個(gè)時(shí)刻產(chǎn)生沖突嗎?我們?cè)诔蓡T變量里可以找到MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30,MAX_SEGMENTS = 1 << 16,這說明定位分段鎖和定位元素使用的總的位數(shù)不超過30,并且定位分段鎖使用的位數(shù)不超過16,所以至少還隔著2位的空余,因此是不會(huì)產(chǎn)生沖突的。

5. 查找元素具體是怎樣實(shí)現(xiàn)的?

//根據(jù)key獲取value
public V get(Object key) {
  Segment<K,V> s;
  HashEntry<K,V>[] tab;
  //使用哈希函數(shù)計(jì)算哈希碼
  int h = hash(key);
  //根據(jù)哈希碼計(jì)算分段鎖的索引
  long u = (((h >>> segmentShift) & segmentMask) << SSHIFT) + SBASE;
  //獲取分段鎖和對(duì)應(yīng)的哈希表
  if ((s = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObjectVolatile(segments, u)) != null && (tab = s.table) != null) {
    //根據(jù)哈希碼獲取鏈表頭結(jié)點(diǎn), 再對(duì)鏈表進(jìn)行遍歷
    for (HashEntry<K,V> e = (HashEntry<K,V>) UNSAFE.getObjectVolatile
         (tab, ((long)(((tab.length - 1) & h)) << TSHIFT) + TBASE);
       e != null; e = e.next) {
      K k;
      //根據(jù)key和hash找到對(duì)應(yīng)元素后返回value值
      if ((k = e.key) == key || (e.hash == h && key.equals(k))) {
        return e.value;
      }
    }
  }
  return null;
}

在JDK1.6中分段鎖的get方法是通過下標(biāo)來訪問數(shù)組元素的,而在JDK1.7中是通過UnSafe的getObjectVolatile方法來讀取數(shù)組中的元素。為啥要這樣做?我們知道雖然Segment對(duì)象持有的HashEntry數(shù)組引用是volatile類型的,但是數(shù)組內(nèi)的元素引用不是volatile類型的,因此多線程對(duì)數(shù)組元素的修改是不安全的,可能會(huì)在數(shù)組中讀取到尚未構(gòu)造完成的對(duì)象。在JDK1.6中是通過第二次加鎖讀取來保證安全的,而JDK1.7中通過UnSafe的getObjectVolatile方法來讀取同樣也是為了保證這一點(diǎn)。使用getObjectVolatile方法讀取數(shù)組元素需要先獲得元素在數(shù)組中的偏移量,在這里根據(jù)哈希碼計(jì)算得到分段鎖在數(shù)組中的偏移量為u,然后通過偏移量u來嘗試讀取分段鎖。由于分段鎖數(shù)組在構(gòu)造時(shí)沒進(jìn)行初始化,因此可能讀出來一個(gè)空值,所以需要先進(jìn)行判斷。在確定分段鎖和它內(nèi)部的哈希表都不為空之后,再通過哈希碼讀取HashEntry數(shù)組的元素,根據(jù)上面的結(jié)構(gòu)圖可以看到,這時(shí)獲得的是鏈表的頭結(jié)點(diǎn)。之后再從頭到尾的對(duì)鏈表進(jìn)行遍歷查找,如果找到對(duì)應(yīng)的值就將其返回,否則就返回null。以上就是整個(gè)查找元素的過程。

6. 插入元素具體是怎樣實(shí)現(xiàn)的?

//向集合添加鍵值對(duì)(若存在則替換)
@SuppressWarnings("unchecked")
public V put(K key, V value) {
  Segment<K,V> s;
  //傳入的value不能為空
  if (value == null) throw new NullPointerException();
  //使用哈希函數(shù)計(jì)算哈希碼
  int hash = hash(key);
  //根據(jù)哈希碼計(jì)算分段鎖的下標(biāo)
  int j = (hash >>> segmentShift) & segmentMask;
  //根據(jù)下標(biāo)去嘗試獲取分段鎖
  if ((s = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObject(segments, (j << SSHIFT) + SBASE)) == null) {
    //獲得的分段鎖為空就去構(gòu)造一個(gè)
    s = ensureSegment(j);
  }
  //調(diào)用分段鎖的put方法
  return s.put(key, hash, value, false);
}

//向集合添加鍵值對(duì)(不存在才添加)
@SuppressWarnings("unchecked")
public V putIfAbsent(K key, V value) {
  Segment<K,V> s;
  //傳入的value不能為空
  if (value == null) throw new NullPointerException();
  //使用哈希函數(shù)計(jì)算哈希碼
  int hash = hash(key);
  //根據(jù)哈希碼計(jì)算分段鎖的下標(biāo)
  int j = (hash >>> segmentShift) & segmentMask;
  //根據(jù)下標(biāo)去嘗試獲取分段鎖
  if ((s = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObject(segments, (j << SSHIFT) + SBASE)) == null) {
    //獲得的分段鎖為空就去構(gòu)造一個(gè)
    s = ensureSegment(j);
  }
  //調(diào)用分段鎖的put方法
  return s.put(key, hash, value, true);
}

ConcurrentHashMap中有兩個(gè)添加鍵值對(duì)的方法,通過put方法添加時(shí)如果存在則會(huì)進(jìn)行覆蓋,通過putIfAbsent方法添加時(shí)如果存在則不進(jìn)行覆蓋,這兩個(gè)方法都是調(diào)用分段鎖的put方法來完成操作,只是傳入的最后一個(gè)參數(shù)不同而已。在上面代碼中我們可以看到首先是根據(jù)key的哈希碼來計(jì)算出分段鎖在數(shù)組中的下標(biāo),然后根據(jù)下標(biāo)使用UnSafe類getObject方法來讀取分段鎖。由于在構(gòu)造ConcurrentHashMap時(shí)沒有對(duì)Segment數(shù)組中的元素初始化,所以可能讀到一個(gè)空值,這時(shí)會(huì)先通過ensureSegment方法新建一個(gè)分段鎖。獲取到分段鎖之后再調(diào)用它的put方法完成添加操作,下面我們來看看具體是怎樣操作的。

//添加鍵值對(duì)
final V put(K key, int hash, V value, boolean onlyIfAbsent) {
  //嘗試獲取鎖, 若失敗則進(jìn)行自旋
  HashEntry<K,V> node = tryLock() ? null : scanAndLockForPut(key, hash, value);
  V oldValue;
  try {
    HashEntry<K,V>[] tab = table;
    //計(jì)算元素在數(shù)組中的下標(biāo)
    int index = (tab.length - 1) & hash;
    //根據(jù)下標(biāo)獲取鏈表頭結(jié)點(diǎn)
    HashEntry<K,V> first = entryAt(tab, index);
    for (HashEntry<K,V> e = first;;) {
      //遍歷鏈表尋找該元素, 找到則進(jìn)行替換
      if (e != null) {
        K k;
        if ((k = e.key) == key || (e.hash == hash && key.equals(k))) {
          oldValue = e.value;
          //根據(jù)參數(shù)決定是否替換舊值
          if (!onlyIfAbsent) {
            e.value = value;
            ++modCount;
          }
          break;
        }
        e = e.next;
      //沒找到則在鏈表添加一個(gè)結(jié)點(diǎn)
      } else {
        //將node結(jié)點(diǎn)插入鏈表頭部
        if (node != null) {
          node.setNext(first);
        } else {
          node = new HashEntry<K,V>(hash, key, value, first);
        }
        //插入結(jié)點(diǎn)后將元素總是加1
        int c = count + 1;
        //元素超過閥值則進(jìn)行擴(kuò)容
        if (c > threshold && tab.length < MAXIMUM_CAPACITY) {
          rehash(node);
        //否則就將哈希表指定下標(biāo)替換為node結(jié)點(diǎn)
        } else {
          setEntryAt(tab, index, node);
        }
        ++modCount;
        count = c;
        oldValue = null;
        break;
      }
    }
  } finally {
    unlock();
  }
  return oldValue;
}

為保證線程安全,分段鎖中的put操作是需要進(jìn)行加鎖的,所以線程一開始就會(huì)去獲取鎖,如果獲取成功就繼續(xù)執(zhí)行,若獲取失敗則調(diào)用scanAndLockForPut方法進(jìn)行自旋,在自旋過程中會(huì)先去掃描哈希表去查找指定的key,如果key不存在就會(huì)新建一個(gè)HashEntry返回,這樣在獲取到鎖之后就不必再去新建了,為的是在等待鎖的過程中順便做些事情,不至于白白浪費(fèi)時(shí)間,可見作者的良苦用心。具體自旋方法我們后面再細(xì)講,現(xiàn)在先把關(guān)注點(diǎn)拉回來,線程在成功獲取到鎖之后會(huì)根據(jù)計(jì)算到的下標(biāo),獲取指定下標(biāo)的元素。此時(shí)獲取到的是鏈表的頭結(jié)點(diǎn),如果頭結(jié)點(diǎn)不為空就對(duì)鏈表進(jìn)行遍歷查找,找到之后再根據(jù)onlyIfAbsent參數(shù)的值決定是否進(jìn)行替換。如果遍歷沒找到就會(huì)新建一個(gè)HashEntry指向頭結(jié)點(diǎn),此時(shí)如果自旋時(shí)創(chuàng)建了HashEntry,則直接將它的next指向當(dāng)前頭結(jié)點(diǎn),如果自旋時(shí)沒有創(chuàng)建就在這里新建一個(gè)HashEntry并指向頭結(jié)點(diǎn)。在向鏈表添加元素之后檢查元素總數(shù)是否超過閥值,如果超過就調(diào)用rehash進(jìn)行擴(kuò)容,沒超過的話就直接將數(shù)組對(duì)應(yīng)下標(biāo)的元素引用指向新添加的node。setEntryAt方法內(nèi)部是通過調(diào)用UnSafe的putOrderedObject方法來更改數(shù)組元素引用的,這樣就保證了其他線程在讀取時(shí)可以讀到最新的值。

7. 刪除元素具體是怎樣實(shí)現(xiàn)的?

//刪除指定元素(找到對(duì)應(yīng)元素后直接刪除)
public V remove(Object key) {
  //使用哈希函數(shù)計(jì)算哈希碼
  int hash = hash(key);
  //根據(jù)哈希碼獲取分段鎖的索引
  Segment<K,V> s = segmentForHash(hash);
  //調(diào)用分段鎖的remove方法
  return s == null ? null : s.remove(key, hash, null);
}

//刪除指定元素(查找值等于給定值才刪除)
public boolean remove(Object key, Object value) {
  //使用哈希函數(shù)計(jì)算哈希碼
  int hash = hash(key);
  Segment<K,V> s;
  //確保分段鎖不為空才調(diào)用remove方法
  return value != null && (s = segmentForHash(hash)) != null && s.remove(key, hash, value) != null;
}

ConcurrentHashMap提供了兩種刪除操作,一種是找到后直接刪除,一種是找到后先比較再刪除。這兩種刪除方法都是先根據(jù)key的哈希碼找到對(duì)應(yīng)的分段鎖后,再通過調(diào)用分段鎖的remove方法完成刪除操作。下面我們來看看分段鎖的remove方法。

//刪除指定元素
final V remove(Object key, int hash, Object value) {
  //嘗試獲取鎖, 若失敗則進(jìn)行自旋
  if (!tryLock()) {
    scanAndLock(key, hash);
  }
  V oldValue = null;
  try {
    HashEntry<K,V>[] tab = table;
    //計(jì)算元素在數(shù)組中的下標(biāo)
    int index = (tab.length - 1) & hash;
    //根據(jù)下標(biāo)取得數(shù)組元素(鏈表頭結(jié)點(diǎn))
    HashEntry<K,V> e = entryAt(tab, index);
    HashEntry<K,V> pred = null;
    //遍歷鏈表尋找要?jiǎng)h除的元素
    while (e != null) {
      K k;
      //next指向當(dāng)前結(jié)點(diǎn)的后繼結(jié)點(diǎn)
      HashEntry<K,V> next = e.next;
      //根據(jù)key和hash尋找對(duì)應(yīng)結(jié)點(diǎn)
      if ((k = e.key) == key || (e.hash == hash && key.equals(k))) {
        V v = e.value;
        //傳入的value不等于v就跳過, 其他情況就進(jìn)行刪除操作
        if (value == null || value == v || value.equals(v)) {
          //如果pred為空則代表要?jiǎng)h除的結(jié)點(diǎn)為頭結(jié)點(diǎn)
          if (pred == null) {
            //重新設(shè)置鏈表頭結(jié)點(diǎn)
            setEntryAt(tab, index, next);
          } else {
            //設(shè)置pred結(jié)點(diǎn)的后繼為next結(jié)點(diǎn)
            pred.setNext(next);
          }
          ++modCount;
          --count;
          //記錄元素刪除之前的值
          oldValue = v;
        }
        break;
      }
      //若e不是要找的結(jié)點(diǎn)就將pred引用指向它
      pred = e;
      //檢查下一個(gè)結(jié)點(diǎn)
      e = next;
    }
  } finally {
    unlock();
  }
  return oldValue;
}

在刪除分段鎖中的元素時(shí)需要先獲取鎖,如果獲取失敗就調(diào)用scanAndLock方法進(jìn)行自旋,如果獲取成功就執(zhí)行下一步,首先計(jì)算數(shù)組下標(biāo)然后通過下標(biāo)獲取HashEntry數(shù)組的元素,這里獲得了鏈表的頭結(jié)點(diǎn),接下來就是對(duì)鏈表進(jìn)行遍歷查找,在此之前先用next指針記錄當(dāng)前結(jié)點(diǎn)的后繼結(jié)點(diǎn),然后對(duì)比key和hash看看是否是要找的結(jié)點(diǎn),如果是的話就執(zhí)行下一個(gè)if判斷。滿足value為空或者value的值等于結(jié)點(diǎn)當(dāng)前值這兩個(gè)條件就會(huì)進(jìn)入到if語句中進(jìn)行刪除操作,否則直接跳過。在if語句中執(zhí)行刪除操作時(shí)會(huì)有兩種情況,如果當(dāng)前結(jié)點(diǎn)為頭結(jié)點(diǎn)則直接將next結(jié)點(diǎn)設(shè)置為頭結(jié)點(diǎn),如果當(dāng)前結(jié)點(diǎn)不是頭結(jié)點(diǎn)則將pred結(jié)點(diǎn)的后繼設(shè)置為next結(jié)點(diǎn)。這里的pred結(jié)點(diǎn)表示當(dāng)前結(jié)點(diǎn)的前繼結(jié)點(diǎn),每次在要檢查下一個(gè)結(jié)點(diǎn)之前就將pred指向當(dāng)前結(jié)點(diǎn),這就保證了pred結(jié)點(diǎn)總是當(dāng)前結(jié)點(diǎn)的前繼結(jié)點(diǎn)。注意,與JDK1.6不同,在JDK1.7中HashEntry對(duì)象的next變量不是final的,因此這里可以通過直接修改next引用的值來刪除元素,由于next變量是volatile類型的,所以讀線程可以馬上讀到最新的值。

8. 替換元素具體是怎樣實(shí)現(xiàn)的?

//替換指定元素(CAS操作)
public boolean replace(K key, V oldValue, V newValue) {
  //使用哈希函數(shù)計(jì)算哈希碼
  int hash = hash(key);
  //保證oldValue和newValue不為空
  if (oldValue == null || newValue == null) throw new NullPointerException();
  //根據(jù)哈希碼獲取分段鎖的索引
  Segment<K,V> s = segmentForHash(hash);
  //調(diào)用分段鎖的replace方法
  return s != null && s.replace(key, hash, oldValue, newValue);
}

//替換元素操作(CAS操作)
final boolean replace(K key, int hash, V oldValue, V newValue) {
  //嘗試獲取鎖, 若失敗則進(jìn)行自旋
  if (!tryLock()) {
    scanAndLock(key, hash);
  }
  boolean replaced = false;
  try {
    HashEntry<K,V> e;
    //通過hash直接找到頭結(jié)點(diǎn)然后對(duì)鏈表遍歷
    for (e = entryForHash(this, hash); e != null; e = e.next) {
      K k;
      //根據(jù)key和hash找到要替換的結(jié)點(diǎn)
      if ((k = e.key) == key || (e.hash == hash && key.equals(k))) {
        //如果指定的當(dāng)前值正確則進(jìn)行替換
        if (oldValue.equals(e.value)) {
          e.value = newValue;
          ++modCount;
          replaced = true;
        }
        //否則不進(jìn)行任何操作直接返回
        break;
      }
    }
  } finally {
    unlock();
  }
  return replaced;
}

ConcurrentHashMap同樣提供了兩種替換操作,一種是找到后直接替換,另一種是找到后先比較再替換(CAS操作)。這兩種操作的實(shí)現(xiàn)大致是相同的,只是CAS操作在替換前多了一層比較操作,因此我們只需簡單了解其中一種操作即可。這里拿CAS操作進(jìn)行分析,還是老套路,首先根據(jù)key的哈希碼找到對(duì)應(yīng)的分段鎖,然后調(diào)用它的replace方法。進(jìn)入分段鎖中的replace方法后需要先去獲取鎖,如果獲取失敗則進(jìn)行自旋,如果獲取成功則進(jìn)行下一步。首先根據(jù)hash碼獲取鏈表頭結(jié)點(diǎn),然后根據(jù)key和hash進(jìn)行遍歷查找,找到了對(duì)應(yīng)的元素之后,比較給定的oldValue是否是當(dāng)前值,如果不是則放棄修改,如果是則用新值進(jìn)行替換。由于HashEntry對(duì)象的value域是volatile類型的,因此可以直接替換。

9. 自旋時(shí)具體做了些什么?

//自旋等待獲取鎖(put操作)
private HashEntry<K,V> scanAndLockForPut(K key, int hash, V value) {
  //根據(jù)哈希碼獲取頭結(jié)點(diǎn)
  HashEntry<K,V> first = entryForHash(this, hash);
  HashEntry<K,V> e = first;
  HashEntry<K,V> node = null;
  int retries = -1;
  //在while循環(huán)內(nèi)自旋
  while (!tryLock()) {
    HashEntry<K,V> f;
    if (retries < 0) {
      //如果頭結(jié)點(diǎn)為空就新建一個(gè)node
      if (e == null) {
        if (node == null) {
          node = new HashEntry<K,V>(hash, key, value, null);
        }
        retries = 0;
      //否則就遍歷鏈表定位該結(jié)點(diǎn)
      } else if (key.equals(e.key)) {
        retries = 0;
      } else {
        e = e.next;
      }
     //retries每次在這加1, 并判斷是否超過最大值
    } else if (++retries > MAX_SCAN_RETRIES) {
      lock();
      break;
     //retries為偶數(shù)時(shí)去判斷first有沒有改變
    } else if ((retries & 1) == 0 && (f = entryForHash(this, hash)) != first) {
      e = first = f;
      retries = -1;
    }
  }
  return node;
}

//自旋等待獲取鎖(remove和replace操作)
private void scanAndLock(Object key, int hash) {
  //根據(jù)哈希碼獲取鏈表頭結(jié)點(diǎn)
  HashEntry<K,V> first = entryForHash(this, hash);
  HashEntry<K,V> e = first;
  int retries = -1;
  //在while循環(huán)里自旋
  while (!tryLock()) {
    HashEntry<K,V> f;
    if (retries < 0) {
      //遍歷鏈表定位到該結(jié)點(diǎn)
      if (e == null || key.equals(e.key)) {
        retries = 0;
      } else {
        e = e.next;
      }
     //retries每次在這加1, 并判斷是否超過最大值
    } else if (++retries > MAX_SCAN_RETRIES) {
      lock();
      break;
     //retries為偶數(shù)時(shí)去判斷first有沒有改變
    } else if ((retries & 1) == 0 && (f = entryForHash(this, hash)) != first) {
      e = first = f;
      retries = -1;
    }
  }
}

在前面我們講到過,分段鎖中的put,remove,replace這些操作都會(huì)要求先去獲取鎖,只有成功獲得鎖之后才能進(jìn)行下一步操作,如果獲取失敗就會(huì)進(jìn)行自旋。自旋操作也是在JDK1.7中添加的,為了避免線程頻繁的掛起和喚醒,以此提高并發(fā)操作時(shí)的性能。在put方法中調(diào)用的是scanAndLockForPut,在remove和replace方法中調(diào)用的是scanAndLock。這兩種自旋方法大致是相同的,這里我們只分析scanAndLockForPut方法。首先還是先根據(jù)hash碼獲得鏈表頭結(jié)點(diǎn),之后線程會(huì)進(jìn)入while循環(huán)中執(zhí)行,退出該循環(huán)的唯一方式是成功獲取鎖,而在這期間線程不會(huì)被掛起。剛進(jìn)入循環(huán)時(shí)retries的值為-1,這時(shí)線程不會(huì)馬上再去嘗試獲取鎖,而是先去尋找到key對(duì)應(yīng)的結(jié)點(diǎn)(沒找到會(huì)新建一個(gè)),然后再將retries設(shè)為0,接下來就會(huì)一次次的嘗試獲取鎖,對(duì)應(yīng)retries的值也會(huì)每次加1,直到超過最大嘗試次數(shù)如果還沒獲取到鎖,就會(huì)調(diào)用lock方法進(jìn)行阻塞獲取。在嘗試獲取鎖的期間,還會(huì)每隔一次(retries為偶數(shù))去檢查頭結(jié)點(diǎn)是否被改變,如果被改變則將retries重置回-1,然后再重走一遍剛才的流程。這就是線程自旋時(shí)所做的操作,需注意的是如果在自旋時(shí)檢測到頭結(jié)點(diǎn)已被改變,則會(huì)延長線程的自旋時(shí)間。

10. 哈希表擴(kuò)容時(shí)都做了哪些操作?

//再哈希
@SuppressWarnings("unchecked")
private void rehash(HashEntry<K,V> node) {
  //獲取舊哈希表的引用
  HashEntry<K,V>[] oldTable = table;
  //獲取舊哈希表的容量
  int oldCapacity = oldTable.length;
  //計(jì)算新哈希表的容量(為舊哈希表的2倍)
  int newCapacity = oldCapacity << 1;
  //計(jì)算新的元素閥值
  threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
  //新建一個(gè)HashEntry數(shù)組
  HashEntry<K,V>[] newTable = (HashEntry<K,V>[]) new HashEntry[newCapacity];
  //生成新的掩碼值
  int sizeMask = newCapacity - 1;
  //遍歷舊表的所有元素
  for (int i = 0; i < oldCapacity ; i++) {
    //取得鏈表頭結(jié)點(diǎn)
    HashEntry<K,V> e = oldTable[i];
    if (e != null) {
      HashEntry<K,V> next = e.next;
      //計(jì)算元素在新表中的索引
      int idx = e.hash & sizeMask;
      //next為空表明鏈表只有一個(gè)結(jié)點(diǎn)
      if (next == null) {
        //直接把該結(jié)點(diǎn)放到新表中
        newTable[idx] = e;
      }else {
        HashEntry<K,V> lastRun = e;
        int lastIdx = idx;
        //定位lastRun結(jié)點(diǎn), 將lastRun之后的結(jié)點(diǎn)直接放到新表中
        for (HashEntry<K,V> last = next; last != null; last = last.next) {
          int k = last.hash & sizeMask;
          if (k != lastIdx) {
            lastIdx = k;
            lastRun = last;
          }
        }
        newTable[lastIdx] = lastRun;
        //遍歷在鏈表lastRun結(jié)點(diǎn)之前的元素, 將它們依次復(fù)制到新表中
        for (HashEntry<K,V> p = e; p != lastRun; p = p.next) {
          V v = p.value;
          int h = p.hash;
          int k = h & sizeMask;
          HashEntry<K,V> n = newTable[k];
          newTable[k] = new HashEntry<K,V>(h, p.key, v, n);
        }
      }
    }
  }
  //計(jì)算傳入結(jié)點(diǎn)在新表中的下標(biāo)
  int nodeIndex = node.hash & sizeMask;
  //將傳入結(jié)點(diǎn)添加到鏈表頭結(jié)點(diǎn)
  node.setNext(newTable[nodeIndex]);
  //將新表指定下標(biāo)元素?fù)Q成傳入結(jié)點(diǎn)
  newTable[nodeIndex] = node;
  //將哈希表引用指向新表
  table = newTable;
}

rehash方法在put方法中被調(diào)用,我們知道在put方法時(shí)會(huì)新建元素并添加到哈希數(shù)組中,隨著元素的增多發(fā)生哈希沖突的可能性越大,哈希表的性能也會(huì)隨之下降。因此每次put操作時(shí)都會(huì)檢查元素總數(shù)是否超過閥值,如果超過則調(diào)用rehash方法進(jìn)行擴(kuò)容。因?yàn)閿?shù)組長度一旦確定則不能再被改變,因此需要新建一個(gè)數(shù)組來替換原先的數(shù)組。從代碼中可以知道新創(chuàng)建的數(shù)組長度為原數(shù)組的2倍(oldCapacity << 1)。創(chuàng)建好新數(shù)組后需要將舊數(shù)組中的所有元素移到新數(shù)組中,因此需要計(jì)算每個(gè)元素在新數(shù)組中的下標(biāo)。計(jì)算新下標(biāo)的過程如下圖所示。

Java并發(fā)系列之ConcurrentHashMap源碼分析

我們知道下標(biāo)直接取的是哈希碼的后幾位,由于新數(shù)組的容量是直接用舊數(shù)組容量右移1位得來的,因此掩碼位數(shù)向右增加1位,取到的哈希碼位數(shù)也向右增加1位。如上圖,若舊的掩碼值為111,則元素下標(biāo)為101,擴(kuò)容后新的掩碼值為1111,則計(jì)算出元素的新下標(biāo)為0101。由于同一條鏈表上的元素下標(biāo)是相同的,現(xiàn)在假設(shè)鏈表所有元素的下標(biāo)為101,在擴(kuò)容后該鏈表元素的新下標(biāo)只有0101或1101這兩種情況,因此數(shù)組擴(kuò)容會(huì)打亂原先的鏈表并將鏈表元素分成兩批。在計(jì)算出新下標(biāo)后需要將元素移動(dòng)到新數(shù)組中,在HashMap中通過直接修改next引用導(dǎo)致了多線程的死鎖。雖然在ConcurrentHashMap中通過加鎖避免了這種情況,但是我們知道next域是volatile類型的,它的改動(dòng)能立馬被讀線程讀取到,因此為保證線程安全采用復(fù)制元素來遷移數(shù)組。但是對(duì)鏈表中每個(gè)元素都進(jìn)行復(fù)制有點(diǎn)影響性能,作者發(fā)現(xiàn)鏈表尾部有許多元素的next是不變的,它們?cè)谛聰?shù)組中的下標(biāo)是相同的,因此可以考慮整體移動(dòng)這部分元素。具統(tǒng)計(jì)實(shí)際操作中只有1/6的元素是必須復(fù)制的,所以整體移動(dòng)鏈表尾部元素(lastRun后面的元素)是可以提升一定性能的。

注:本篇文章基于JDK1.7版本。

以上就是本文的全部內(nèi)容,希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助,也希望大家多多支持創(chuàng)新互聯(lián)。

當(dāng)前名稱:Java并發(fā)系列之ConcurrentHashMap源碼分析
路徑分享:http://aaarwkj.com/article6/gjccig.html

成都網(wǎng)站建設(shè)公司_創(chuàng)新互聯(lián),為您提供營銷型網(wǎng)站建設(shè)、ChatGPTGoogle、動(dòng)態(tài)網(wǎng)站、標(biāo)簽優(yōu)化、App開發(fā)

廣告

聲明:本網(wǎng)站發(fā)布的內(nèi)容(圖片、視頻和文字)以用戶投稿、用戶轉(zhuǎn)載內(nèi)容為主,如果涉及侵權(quán)請(qǐng)盡快告知,我們將會(huì)在第一時(shí)間刪除。文章觀點(diǎn)不代表本網(wǎng)站立場,如需處理請(qǐng)聯(lián)系客服。電話:028-86922220;郵箱:631063699@qq.com。內(nèi)容未經(jīng)允許不得轉(zhuǎn)載,或轉(zhuǎn)載時(shí)需注明來源: 創(chuàng)新互聯(lián)

成都做網(wǎng)站
国产精品人一区二区三区| 国产我不卡在线观看免费| 色婷婷久久五月中文字幕| 午夜亚洲大片在线观看| 免费人成网站视频在线观看不卡| 国产亚洲精品女人久久久| 国产亚洲高清国产拍精品| 日本色电影一区二区三区| 国产精品一区午夜福利| 国产男女在线视频观看| 国产无遮挡的免费视频| 美女诱惑福利视频久久久| 亚洲国产欧美日韩综合| 亚洲黄色片在线播放| 久久国产综合精品电影| 综合激情四射亚洲激情| 成人午夜欧美熟妇小视频| 日韩精品91一区二区| 午夜视频在线观看麻豆| 蜜臀视频在线观看免费| 日韩人妖视频在线观看| 日韩在线欧美在线一区二区| 黄色录像黄色片黄色片| 91薄丝激情在线播放| 自拍国语对白在线视频| 日本免费一区二区三个| 激情五月综合开心五月| 日韩精品人妻一区二区免| 日韩免费视频一区二区三区免费| 国产亚洲高清国产拍精品久久| 国产黄色大片在线关看| 黄色资源网日韩三级一区二区| 人妻中文字幕精品系列| 91手机国产三级在线| 国产高清视频成人在线观看| 日韩一区二区三精品| 成人av男人天堂东京热| 日韩成人三级一区二区| 日韩精品欧美中文字幕| 黄色日韩欧美在线观看| 香蕉久草官网视频观看|