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ConcurrentHashMap原理分析

ConcurrentHashMap原理分析

作者: 挨踢男孩 | 来源:发表于2018-11-16 13:45 被阅读0次

    一、ConcurrentHashMap的由来

    原因可以总结成以下两点:

    1、HashMap是非线程安全的,在并发的场景中可能导致死循环

    2、hasetable虽然线程安全但效率却很低下

    1>线程不安全的HashMap

    下面代码取自并发编程艺术一书中,执行该代码会引起死循环

    top查看cpu使用率:

    2>HashTable的效率低下

    HashTable使用内置锁synchronized来保证线程安全,在高并发的场景下,当线程1访问hasetable的同步方法时,此时线程1正在执行put操作,其他线程此时既不能执行put操作也不能执行get操作,只能等待该线程释放锁,再竞争获取锁。

    在jdk1.7中ConcurrentHashMap采用锁分段的技术来提升并发的访问效率。简单来说就是给每一段数据配一把锁,当一个线程占用锁访问其中一个段数据的时候,其他段的数据也能被其他线程访问从而提升了并发的访问效率。

    二、ConcurrentHashMap的数据结构

    ConcurrentHashMap是由Segment数组结构和HashEntry数组结构组成,每个HashEntry是一个链表结构。Segment继承了ReentrantLock,因此Segment是一种可重入锁,在ConcurrentHashMap里扮演锁的角色;HashEntry则用于存储键值对数据。一个ConcurrentHashMap里包含一个Segment数组。Segment的结构和HashMap类似,是一种数组和链表结构。一个Segment里包含一个HashEntry数组,每个HashEntry是一个链表结构的元素,每个Segment守护着一个HashEntry数组里的元素,当对HashEntry数组的数据进行修改时,必须首先获得与它对应的Segment锁

    Segment和HashEntry的源码如下:

    三、ConcurrentHashMap的构造函数

    initialCapacity:顾名思义初始化容量,表示ConcurrentHashMap的初始化容量也就是HashEntry的数量,默认值为16,最大值为2的30次方

    loadFactor:负载因子,默认值为0.75f,当Segment里的HashEntry数组容量超过阈值,这个阈值等于loadFactor * cap,就需要rehash

    concurrencyLevel:并发级别,默认值为16,segments数组的长度ssize是通过concurrencyLevel计算得出的,concurrencyLevel的最大值是65535,这意味着segments数组的长度最大为65536。Segment的个数是大于等于concurrencyLevel的第一个2的n次方的数。比如,如果concurrencyLevel为12,13,14,15,16这些数,则Segment的数目为16(2的4次方)

    四、put方法分析

    这里可以得出两点:

    1、ConcurrentHashMap不能存空值

    2、根据hase值找到对应的segment进而调用其内部的put方法存放数据

    这里先考虑当前线程获取到锁的情况:

    1、根据hash值找到数组相应bucket中的第一个链节点

    2、遍历数组,如果在节点中能找到key相等的节点,则覆盖旧值;如果没有找到和key相等的节点,并创建一个新的节点,并将该节点作为链头插入当前链

    3、如果容量超过阈值(capacity*loadFactor)并且数组长度没有达到最大数组长度则rehash。

    这里可以总结为:

    1、调用ReentrantLock的tryLock()获取到锁,循环结束

    2、始终没有获取到锁,调用阻塞方法进入同步队列中等待被唤醒再次尝试获取锁

    3、node的是否被实列化是获取锁的顺序以及一堆条件判断相结合的结果

    简单来说:就是将 segment 数组中某个位置内部的HashEntry数组进行扩容2倍

    五、get方法分析

    根据hash值找到对应的segement,然后找到segment对应的table中的具体位置HaseEntry链表,顺着链表遍历查找就ok了。

    六、remove方法分析

    remove方法可以归纳为两点:

    1、待删除节点是头结点,此时把头节点的next节点设置到头节点的位置,删除成功

    2、待删除的节点不是头结点,则待删除节点的前节点的next指向待删除节点的的下一个节点,删除成功

    到此jdk1.7的ConcurrentHashMap的主要内容已经分析完毕,下篇将会介绍JDK1.8关于ConcurrentHashMap的源码分析。

    参考文章:

    Doug Lea:《Java并发编程实战》

    方腾飞、魏鹏、程晓明:《并发编程的艺术


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