ConcurrentHashMap 底层原理，你真的理解了吗？

ConcurrentHashMap 是 HashMap 的线程安全版本，与之前版本的ConcurrentHashMap实现来看，java 8中做了较大调整，本文仅分析java 8的实现，java 8 之前的实现暂不做分析。

简单介绍

为了更好的导入本文，首先展示一下ConcurrentHashMap的结构，请看下面的图片：

和 HashMap 一样，ConcurrentHashMap 使用了一个 table 来存储 Node，ConcurrentHashMap 同样使用记录的 key 的 hashCode来寻找记录的存储 index，而处理哈希冲突的方式与 HashMap 也是类似的，冲突的记录将被存储在同一位置上，形成一条链表，当链表长度大于 8 时，会将链表转化为红黑树。从而将查找的复杂度从 O(N) 降到 O(logN)。

ConcurrentHashMap 怎么保证线程安全？

我们通过 ConcurrentHashMap 的 put 方法来讲解它怎么实现线程安全。

put 方法实现步骤：

计算记录的 key 的 hashCode ，然后计算 table 的 index 位置，获取该 index 的值 x；
如果 x 为 null，说明还没有记录，调用 CAS 操作 该新的记录插入到table的index位置上去；
如果 x 不为 null，通过 synchronized 关键字 对 table 的 index 位置加锁；
然后判断table的index位置上的第一个节点的hashCode值，如果hashCode值小于0，那么就是一颗红黑树，如果不小于0，那么就还是一条链表；
如果是一条链表，查找链表寻找是否有一个记录的 key 值和本次插入的 key 值相同，相同则将替换掉 value 值；不同的话直接添加到链表中；
如果是一棵红黑树，调用 putTreeVal方法进行插入操作；
插入完成，判断是不是更新操作，不是更新操作的话，size + 1。

注意：

第 2 步中，CAS操作即compare and swap，是非阻塞的原子性操作，由UnSafe类提供。
第 3 步中，当前线程只会锁住table的index位置，其他位置上没有锁住，所以此时其他线程可以安全的获得其他的table位置来进行操作。这也就提高了ConcurrentHashMap的并发度。
第 7 步中，table的扩容操作也会在更新size的时候发生，如果在更新size之后发现table中的记录数量达到了阈值，就需要进行扩容操作。

总结：

Java8 之后，ConcurrentHashMap 底层数据结构跟 HashMap 类似，都是基于数组+链表+红黑树实现的，而 ConcurrentHashMap 之所以是线程安全的，是因为它抛弃了 Hashtable 给整个方法加 synchronized 锁的理念，而是让 CAS操作和 synchronized锁结合，在进行修改操作是，只对 table数组的一项进行加锁，其他数组项可以继续被其他线程使用，这就提高了 ConcurrentHashMap 的并发度。
--------------------------------------------- 想看 put方法的源码？请往下看 ---------------------------------------------

final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();//ConcurrentHashMap不存储key/value为nullint hash = spread(key.hashCode());//计算key的hash值int binCount = 0;//桶中元素的大小，如果大于等于8，则旋转为红黑树for (Node<K,V>[] tab = table;;) {Node<K,V> f; int n, i, fh;//f :计算出key在 hash中数组桶的链表/红黑树的根，n:桶的长度，i:key在数组的位置,fh：f的hash值if (tab == null || (n = tab.length) == 0)tab = initTable();//如果数组为0或者没有元素，初始化else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {//f指向数组中的值（链表/红黑树）if (casTabAt(tab, i, null,new Node<K,V>(hash, key, value, null)))//如果f为 null表示链表没有值，则此次放入的key/value存入链表的根 (1)break;                   // no lock when adding to empty bin}else if ((fh = f.hash) == MOVED)//如果在进行扩容先进行扩容tab = helpTransfer(tab, f);else {V oldVal = null;synchronized (f) {//此次添加key/value的链表有元素，则对链表/红黑树进行加锁 这里是java8和java7的不同之处 java8采用的加锁桶，而不是一段桶if (tabAt(tab, i) == f) {//出现hash碰撞（情况1:线程1和线程2同时插入在上面(1) 由于是CAS操作只有一个线程会成功，第二个线程会进入到这一步 情况2:普通的hash碰撞），if (fh >= 0) {//大于0表示桶是链表 TREEBIN   = -2 桶是红黑树binCount = 1;for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {K ek;//链表中的一个元素的keyif (e.hash == hash &&((ek = e.key) == key ||(ek != null && key.equals(ek)))) {//如何hash和key都和已存在的元素相等则根据onlyIfAbsebt的值，确定是用之前的值还是新值覆盖oldVal = e.val;if (!onlyIfAbsent)//如果onlyIfAbsent为fasle，新值覆盖老值e.val = value;break;//退出,操作完成}Node<K,V> pred = e;//链表最末尾的值作为新值的前一个元素if ((e = e.next) == null) {//如果已经到了末尾值，则创建新的node存放此次插入的key/valuepred.next = new Node<K,V>(hash, key,value, null);break;}}}else if (f instanceof TreeBin) {//如果节点为红黑树做红黑树的插入Node<K,V> p;binCount = 2;if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,value)) != null) {oldVal = p.val;if (!onlyIfAbsent)p.val = value;}}}}if (binCount != 0) {//如果不等于0判断是否需要旋转为红黑树if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)//如果大于8则旋转为红黑树treeifyBin(tab, i);//旋转为红黑树if (oldVal != null)return oldVal;break;}}}addCount(1L, binCount);return null;
}

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