ConcurrentHashMap 1.7和1.8的区别

一、1.7中数据结构

Segment数组 + HashEntry数组 + Reentrantlock

Segment对象：
Segment中继承了Reentrantlock锁
在执行put方法前，会先进行tryLock(),如果获取锁失败，会进行代码预热（创建一个HashEntry对象）
如果重试了一定次数后，还是获取不到锁，就调用lock（）进行阻塞

索引的求取：
针对Segment数组的下标，会对Hash值进行右移，让高位参与运算再&segmentMask
而对Segment[i]里面的HashEntry数组定位，则是直接使用Hash值&数组长度-1

扩容：
首先会找到最后连续相同存放同一个下标的元素lastRun，然后直接将lastRun的元素转移到新数组中
接着再去转移剩下的元素

二、1.8中数据结构

Node数组 + 链表 + 红黑树 + Synchronized

数据结构

当数组中某一个位置的元素个数大于8并且数组的元素个数>64,此时会将链表转红黑树，以此来优化链表过长问题

Hash值含义：
MOVED = -1; 代表当前位置已经转移过了
TREEBIN = -2; 代表当前元素是红黑树
HASH_BITS = 0x7fffffff; Hash值大于0就是链表

sizeCtl：
sizeCtl = -1,代表数组正在初始化
sizeCtl > 0 ：如果数组没有初始化，就代表数组的大小；如果已经初始化过，就代表是下次扩容的阈值。
sizeCtl = 0 ：默认值，表示数组使用默认大小。

三、1.8 源码解析

3.1 put方法

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 (Node<K,V>[] tab = table;;) {
        Node<K,V> f; int n, i, fh;
        // 初始化table数组
        if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
            tab = initTable();
            // tab[i] 为空，使用CAS进行赋值
        else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
            if (casTabAt(tab, i, null,
                         new Node<K,V>(hash, key, value, null)))
                break;                   // no lock when adding to empty bin
        }
        // 如果当前节点hash值=-1，说明数组正在扩容，当前线程会去协助扩容
        else if ((fh = f.hash) == MOVED)
            tab = helpTransfer(tab, f);
        else {
            V oldVal = null;
            // 给tab[i]的对象进行加锁操作
            synchronized (f) {
                // 再次判断元素是否被更改过
                if (tabAt(tab, i) == f) {
                    // hash大于0,当前元素就是链表
                    if (fh >= 0) {
                        binCount = 1;
                        for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {
                            K ek;
                            // hash值相同、key相同，根据需要替换value或记录旧值
                            if (e.hash == hash &&
                                ((ek = e.key) == key ||
                                 (ek != null && key.equals(ek)))) {
                                oldVal = e.val;
                                if (!onlyIfAbsent)
                                    e.val = value;
                                break;
                            }
                            Node<K,V> pred = e;
                            // 遍历链表，插入尾部
                            if ((e = e.next) == null) {
                                pred.next = new Node<K,V>(hash, key,
                                                          value, null);
                                break;
                            }
                        }
                    }
                    // 当前元素是红黑树
                    else if (f instanceof TreeBin) {
                        Node<K,V> p;
                        binCount = 2;
                        // 添加都红黑树中,如果有key重复，就返回旧值，否则就插入成功
                        if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,
                                                       value)) != null) {
                            oldVal = p.val;
                            if (!onlyIfAbsent)
                                p.val = value;
                        }
                    }
                }
            }
            if (binCount != 0) {
                // 判断是否需要树化操作
                if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
                    treeifyBin(tab, i);
                if (oldVal != null)
                    return oldVal;
                break;
            }
        }
    }
    // size个数累加
    addCount(1L, binCount);
    return null;
}

初始化table数组：

private final Node<K,V>[] initTable() {
    Node<K,V>[] tab; int sc;
    // 数组为空，数组长度为0
    while ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
        // sizeCtl < 0说明有线程在初始化了 
        if ((sc = sizeCtl) < 0)
            Thread.yield(); // lost initialization race; just spin
            // 使用CAS修改sizeCtl的值，修改成功就会进行初始化操作
        else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {
            try {
                if ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
                    // 第一个线程进来，sc的值是0，将使用默认值给数组长度赋值
                    int n = (sc > 0) ? sc : DEFAULT_CAPACITY;
                    @SuppressWarnings("unchecked")
                    Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n];
                    table = tab = nt;
                    // 这里就是计算数组的阈值 n=16 sc = 16-4 =12
                    sc = n - (n >>> 2);
                }
            } finally {
                // 将计算好的阈值赋值给sizeCtl
                sizeCtl = sc;
            }
            break;
        }
    }
    return tab;
}

addCount()：

private final void addCount(long x, int check) {
    CounterCell[] as; long b, s;
    // cell数组已经初始化过，或者使用CAS对baseCount累加失败
    if ((as = counterCells) != null ||
        !U.compareAndSwapLong(this, BASECOUNT, b = baseCount, s = b + x)) {
        CounterCell a; long v; int m;
        boolean uncontended = true;
        // as == null || (m = as.length - 1) < 0 都表示cell数组没有初始化
        // a = as[ThreadLocalRandom.getProbe() & m]) == null 数组的某个位置也是空的
        // 使用CAS对数组中value进行累加，失败后将调用fullAddCount
        if (as == null || (m = as.length - 1) < 0 ||
            (a = as[ThreadLocalRandom.getProbe() & m]) == null ||
            !(uncontended =
              U.compareAndSwapLong(a, CELLVALUE, v = a.value, v + x))) {
            fullAddCount(x, uncontended);
            return;
        }
        if (check <= 1)
            return;
        s = sumCount(); // 统计数组中所有元素个数
    }
    // 这个分支就是判断需不需要进行扩容
    if (check >= 0) {
        Node<K,V>[] tab, nt; int n, sc;
        // 此时的sizeCtl就是阈值数
        // 如果当前元素个数>=阈值，就会进行扩容操作
        while (s >= (long)(sc = sizeCtl) && (tab = table) != null &&
               (n = tab.length) < MAXIMUM_CAPACITY) {
            int rs = resizeStamp(n);// 这个就是扩容的标识，会得到一个负数
            // sc<0 说明数组正在扩容中，当前线程要么终止操作，要么协助扩容
            if (sc < 0) {
                //条件一：(sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs
                //      true->说明当前线程获取到的扩容唯一标识戳 非 本批次扩容
                //      false->说明当前线程获取到的扩容唯一标识戳 是 本批次扩容
                //条件二： sc == (rs << 16 ) + 1,协助扩容的线程会对sc+1操作
                //        true-> 表示扩容完毕，当前线程不需要再参与进来了
                //        false->扩容还在进行中，当前线程可以参与
                //条件三： sc == (rs<<16) + MAX_RESIZERS
                //        true-> 表示当前参与并发扩容的线程达到了最大值 65535 - 1
                //        false->表示当前线程可以参与进来
                //条件四：(nt = nextTable) == null
                //        true->表示本次扩容结束
                //        false->扩容正在进行中
                //条件五： transferIndex <= 0
                //        说明转移的下标已经达到最小值了，没有要转移的元素了
                if ((sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs || sc == rs + 1 ||
                    sc == rs + MAX_RESIZERS || (nt = nextTable) == null ||
                    transferIndex <= 0)
                    break;
                    // 修改sc+1成功，意味着当前线程可以参与扩容
                if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1))
                    transfer(tab, nt);
            }
            // 这里会对sizeCtl的值进行更改，改成负数，标识正在扩容
            else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc,
                                         (rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2))
                transfer(tab, null);
            s = sumCount();
        }
    }
}

helpTransfer:

final Node<K,V>[] helpTransfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V> f) {
    // nextTab就是扩容产生的新数组 sc就是sizeCtl
    Node<K,V>[] nextTab; int sc;
    // 条件1：tab !=null 此时肯定会成立
    // 条件2：当前节点时fwd类型的 这里和外部的hash =-1对应
    // 条件3：nextTab不为空，这个也是成立的
    if (tab != null && (f instanceof ForwardingNode) &&
        (nextTab = ((ForwardingNode<K,V>)f).nextTable) != null) {
        // 获取扩容标识
        int rs = resizeStamp(tab.length);
        // nextTab == nextTable 
        // 这里有两种情况要区分：1、nextTable为空，说明扩容完成了
        
        // 2.nextTab != nextTable,说明扩容又执行了，当前的值是过期的
        // table == tab
        // 这里也是区分两种情况：1.table == tab相等，扩容进行中
        // 2. table != tab,扩容结束了
        
        // sizeCtl<0 扩容还在进行中 
        // sizeCtl>0 扩容已经结束啦，sizeCtl代表下次扩容的阈值 
        while (nextTab == nextTable && table == tab &&
               (sc = sizeCtl) < 0) {
            // 此段逻辑参考上面方法
            if ((sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs || sc == rs + 1 ||
                sc == rs + MAX_RESIZERS || transferIndex <= 0)
                break;
            if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1)) {
                transfer(tab, nextTab);
                break;
            }
        }
        return nextTab;
    }
    return table;
}

transfer:

private final void transfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V>[] nextTab) {
    // n =旧数组的长度
    // stride = 每个线程要转移的元素范围
    int n = tab.length, stride;
    // 计算范围大小
    if ((stride = (NCPU > 1) ? (n >>> 3) / NCPU : n) < MIN_TRANSFER_STRIDE)
        stride = MIN_TRANSFER_STRIDE; // subdivide range
    // nextTab==null 说明是第一个线程进来扩容，需要进行初始化操作
    if (nextTab == null) {            // initiating
        try {
            // 生成一个新的数组，长度是旧数组的两倍
            @SuppressWarnings("unchecked")
            Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n << 1];
            nextTab = nt; //赋值
        } catch (Throwable ex) {      // try to cope with OOME
            sizeCtl = Integer.MAX_VALUE;
            return;
        }
        nextTable = nextTab;
        // 记录要迁移的元素位置
        transferIndex = n;
    }
    // 新数组的长度
    int nextn = nextTab.length;
    // fwd这个类型就代表当前位置已经转移完毕
    ForwardingNode<K,V> fwd = new ForwardingNode<K,V>(nextTab);
    // 是否还要往前查找需要转移的元素
    boolean advance = true;
    // 当前线程是否已经完成需要处理的任务
    boolean finishing = false; // to ensure sweep before committing nextTab
    // i=标识当前正在转移的元素位置
    // bound = 表示当前要转移的最大的位置
    for (int i = 0, bound = 0;;) {
        //f=tab[i]的元素
        // fh = f.hash值
        Node<K,V> f; int fh;
        while (advance) {
            int nextIndex, nextBound;
            // --i>=bound
            // 为true：当前线程要转移的元素还没有完成，--i就等于让线程去转移下一个桶位的元素
            // 为false：要么转移完了，要么就是任务完成了
            if (--i >= bound || finishing)
                advance = false;
            //前置条件：当前线程任务已完成 或 者未分配
            //条件成立：表示要转移的桶位都分配完毕了，设置当前线程的i变量为-1 跳出循环后，执行退出迁移任务相关的程序
            //条件不成立：表示还有桶位尚未分配，还有元素可分配
            else if ((nextIndex = transferIndex) <= 0) {
                i = -1;
                advance = false;
            }
            //进入这个分支：1、当前线程需要分配任务区间  2.全局范围内还有桶位尚未迁移
            //为true：说明给当前线程分配转移区间完成
            //为false：和其它线程发生了竞争，本次分配失败
            else if (U.compareAndSwapInt
                     (this, TRANSFERINDEX, nextIndex,
                      nextBound = (nextIndex > stride ?
                                   nextIndex - stride : 0))) {
                bound = nextBound;
                i = nextIndex - 1;
                advance = false;
            }
        }
        // i<0 需要转移的元素都完成了
        if (i < 0 || i >= n || i + n >= nextn) {
            int sc;
            // finishing=true 说明当前线程完成了任务
            if (finishing) {
                nextTable = null;
                //新数组赋值到table全局变量
                table = nextTab;
                // 计算新的阈值，并给sizeCtl赋值
                sizeCtl = (n << 1) - (n >>> 1);
                return;
            }
            //如果当前线程完成了任务，就让sizeCtl记录的线程数-1
           if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc = sizeCtl, sc - 1)) {
                // 条件如果成立，说明还有其它线程在扩容,就继续回到上面获取任务来继续转移元素
                if ((sc - 2) != resizeStamp(n) << RESIZE_STAMP_SHIFT)
                    return;
                finishing = advance = true;
                i = n; // recheck before commit
            }
          }
        // 条件成立，就给当前位置设置fwd元素
        else if ((f = tabAt(tab, i)) == null)
            advance = casTabAt(tab, i, null, fwd);
        // 条件成立，说明当前位置已有其它线程转移过了
        else if ((fh = f.hash) == MOVED)
            advance = true; // already processed
        else {
            //进入这个分支，就说明当前位置确实需要转移了
            // 给f进行加锁
            synchronized (f) {
                // 再次检查元素是否有变动
                if (tabAt(tab, i) == f) {
                    // ln 低位链表
                    // hn 高位链表
                    Node<K,V> ln, hn;
                    // 链表的hash值>=0
                    if (fh >= 0) {
                        // 这里就是获取最后连续放在同一个位置的元素
                        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;
                            }
                        }
                        // 给低位链表赋值
                       if (runBit == 0) {
                            ln = lastRun;
                            hn = null;
                        }
                        // 给高位链表赋值
                        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)// 这个判断跟上面是结合起来的，这里只会进一个分支
                                ln = new Node<K,V>(ph, pk, pv, ln);
                            else
                                hn = new Node<K,V>(ph, pk, pv, hn);
                        }
                        setTabAt(nextTab, i, ln);
                        setTabAt(nextTab, i + n, hn);
                        setTabAt(tab, i, fwd);
                        advance = true;
                    }
                    // 红黑树的处理在这
                    else if (f instanceof TreeBin) {
                        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) { // 低位
                                if ((p.prev = loTail) == null)
                                    lo = p;
                                else
                                    loTail.next = p;
                                loTail = p;
                                ++lc;
                            }
                            else { //高位
                        if ((p.prev = hiTail) == null)
                                    hi = p;
                                else
                                    hiTail.next = p;
                                hiTail = p;
                                ++hc;
                            }
                        }
                        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;
                        setTabAt(nextTab, i, ln);
                        setTabAt(nextTab, i + n, hn);
                        setTabAt(tab, i, fwd);
                        advance = true;
                    }
                }
            }
        }
    }
}

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) {
        // hash值相同，key也相同，就将值返回
        if ((eh = e.hash) == h) {
            if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))
                return e.val;
        }
        // 1.当前数组正在经历扩容 如果已经转移了，就会存放fwd
        // 2.当前位置是TreeBin
        else if (eh < 0)
            return (p = e.find(h, key)) != null ? p.val : null;
            
        //遍历整个链表进行查寻
        while ((e = e.next) != null) {
            if (e.hash == h &&
                ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))))
                return e.val;
        }
    }
    return null;
}

find 的 ForwardingNode实现：

Node<K,V> find(int h, Object k) {
    // loop to avoid arbitrarily deep recursion on forwarding nodes
    outer: for (Node<K,V>[] tab = nextTable;;) {
        // e = tab[i]元素
        // n = 数组长度
        Node<K,V> e; int n;
        // 找不到返回空
        if (k == null || tab == null || (n = tab.length) == 0 ||
            (e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) == null)
            return null;
        for (;;) {
            // eh =hash ek=key
            int eh; K ek;
            // 找到元素后返回值
            if ((eh = e.hash) == h &&
                ((ek = e.key) == k || (ek != null && k.equals(ek))))
                return e;
            if (eh < 0) {
                //如果再次拿到Fwd节点，就继续遍历新的nextTable
                if (e instanceof ForwardingNode) {
                    tab = ((ForwardingNode<K,V>)e).nextTable;
                    continue outer;
                }
                // 这里就是TreeBin的find方法
                else
                    return e.find(h, k);
            }
            //最后没有找到也返回null
            if ((e = e.next) == null)
                return null;
        }
    }
}

find TreeBin实现：

final Node<K,V> find(int h, Object k) {
    if (k != null) {
        for (Node<K,V> e = first; e != null; ) {
            int s; K ek;
            if (((s = lockState) & (WAITER|WRITER)) != 0) {
                // 找到元素后直接返回
                if (e.hash == h &&
                    ((ek = e.key) == k || (ek != null && k.equals(ek))))
                    return e;
                e = e.next;
            }
            else if (U.compareAndSwapInt(this, LOCKSTATE, s,
                                         s + READER)) {
                TreeNode<K,V> r, p;
                try {
                    //进行查询
                    p = ((r = root) == null ? null :
                         r.findTreeNode(h, k, null));
                } finally {
                    Thread w;
                    if (U.getAndAddInt(this, LOCKSTATE, -READER) ==
                        (READER|WAITER) && (w = waiter) != null)
                        //让等待的线程进行唤醒
                        LockSupport.unpark(w);
                }
                return p;
            }
        }
    }
    return null;
}