如何淺析ConcurrentHashMap

如何淺析ConcurrentHashMap，很多新手對(duì)此不是很清楚，為了幫助大家解決這個(gè)難題，下面小編將為大家詳細(xì)講解，有這方面需求的人可以來(lái)學(xué)習(xí)下，希望你能有所收獲。

直接進(jìn)入正題，concurrentHashMap相信用的人也很多，因?yàn)樵跀?shù)據(jù)安全性上確實(shí)比HashMap好用，在性能上比hashtable也好用。大家都知道線程在操作一個(gè)變量的時(shí)候，比如i++，jvm執(zhí)行的時(shí)候需要經(jīng)過(guò)兩個(gè)內(nèi)存，主內(nèi)存和工作內(nèi)存。那么在線程A對(duì)i進(jìn)行加1的時(shí)候，它需要去主內(nèi)存拿到變量值，這個(gè)時(shí)候工作內(nèi)存中便有了一個(gè)變量數(shù)據(jù)的副本，執(zhí)行完這些之后，再去對(duì)變量真正的加1，但是此時(shí)線程B也要操作變量，并且邏輯上也是沒(méi)有維護(hù)多線程訪問(wèn)的限制，則很有可能在線程A在從主內(nèi)存獲取數(shù)據(jù)并在修改的時(shí)候線程B去主內(nèi)存拿數(shù)據(jù)，但是這個(gè)時(shí)候主內(nèi)存的數(shù)據(jù)還沒(méi)有更新，A線程還沒(méi)有來(lái)得及講加1后的變量回填到主內(nèi)存，這個(gè)時(shí)候變量在這兩個(gè)線程操作的情況下就會(huì)發(fā)生邏輯錯(cuò)誤。

原子性就是當(dāng)某一個(gè)線程A修改i的值的時(shí)候，從取出i到將新的i的值寫(xiě)給i之間線程B不能對(duì)i進(jìn)行任何操作。也就是說(shuō)保證某個(gè)線程對(duì)i的操作是原子性的，這樣就可以避免數(shù)據(jù)臟讀。

Volatile保證了數(shù)據(jù)在多線程之間的可見(jiàn)性，每個(gè)線程在獲取volatile修飾的變量時(shí)候都回去主內(nèi)存獲取，所以當(dāng)線程A修改了被volatile修飾的數(shù)據(jù)后其他線程看到的一定是修改過(guò)后最新的數(shù)據(jù)，也是因?yàn)関olatile修飾的變量數(shù)據(jù)每次都要去主內(nèi)存獲取，在性能上會(huì)有些犧牲。

HashMap在多線程的場(chǎng)景下是不安全的，hashtable雖然是在數(shù)據(jù)表上加鎖，縱然數(shù)據(jù)安全了，但是性能方面確實(shí)不如HashMap。那么來(lái)看看concurrentHashMap是如何解決這些問(wèn)題的。

concurrentHashMap由多個(gè)segment組成，每一個(gè)segment都包含了一個(gè)HashEntry數(shù)組的hashtable， 每一個(gè)segment包含了對(duì)自己的hashtable的操作，比如get，put，replace等操作(這些操作與HashMap邏輯都是一樣的，不同的是concurrentHashMap在執(zhí)行這些操作的時(shí)候加入了重入鎖ReentrantLock)，這些操作發(fā)生的時(shí)候，對(duì)自己的hashtable進(jìn)行鎖定。由于每一個(gè)segment寫(xiě)操作只鎖定自己的hashtable，所以可能存在多個(gè)線程同時(shí)寫(xiě)的情況，性能無(wú)疑好于只有一個(gè)hashtable鎖定的情況。通俗的講就是concurrentHashMap由多個(gè)hashtable組成。

看下concurrentHashMap的remove操作

V remove(Object key, int hash, Object value) {
            lock();//重入鎖
            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();//釋放鎖
            }
        }

Count是被volatile所修飾，保證了count的可見(jiàn)性，避免操作數(shù)據(jù)的時(shí)候產(chǎn)生邏輯錯(cuò)誤。segment中的remove操作和HashMap大致一樣，HashMap沒(méi)有l(wèi)ock()和unlock()操作。

看下concurrentHashMap的get源碼

V get(Object key, int hash) {
            if (count != 0) { // read-volatile
                HashEntry<K,V> e = getFirst(hash);
　　　　　　　　//如果沒(méi)有找到則直接返回null
                while (e != null) {
                    if (e.hash == hash && key.equals(e.key)) {
　　　　　　　　　　　　//由于沒(méi)有加鎖，在get的過(guò)程中，可能會(huì)有更新，拿到的key對(duì)應(yīng)的value可能為null，需要單獨(dú)判斷一遍
                        V v = e.value;
　　　　　　　　　　　　//如果value為不為null，則返回獲取到的value
                        if (v != null)
                            return v;
                        return readValueUnderLock(e); // recheck
                    }
                    e = e.next;
                }
            }
            return null;
        }

關(guān)于concurrentHashMap的get的相關(guān)說(shuō)明已經(jīng)在上面代碼中給出了注釋?zhuān)@里就不多說(shuō)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不允許key或者value為null

接下來(lái)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();
            }
        }

 同樣也是加入了重入鎖，其他的基本和HashMap邏輯差不多。值得一提的是jdk8中添加的中的putval，這里就不多說(shuō)了。

ConcurrentHashmap將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為了多個(gè)Segment，也是使用重入鎖來(lái)解決高并發(fā)，講他分為多個(gè)segment是為了減小鎖的力度，添加的時(shí)候加了鎖，索引的時(shí)候沒(méi)有加鎖，使用volatile修飾count是為了保持count的可見(jiàn)性，都是jdk為了解決并發(fā)和多線程操作的常用手段。

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