什么是concurrenthashmap

concurrenthashmap（简称chm） 是java1.5新引入的java.util.concurrent包的成员，作为hashtable的替代。为什么呢，hashtable采用了同步整个方法的结构。虽然实现了线程安全但是性能也就大大降低了 而hashmap呢，在并发情况下会很容易出错。所以也促进了安全并且能在多线程中使用的concurrenthashmap

如何实现concurrenthashmap

首先来看看构造方法吧
这是最底层的构造方法

public ConcurrentHashMap(int initialCapacity,float loadFactor, int concurrencyLevel) {if (!(loadFactor > 0) || initialCapacity < 0 || concurrencyLevel <= 0)throw new IllegalArgumentException();if (concurrencyLevel > MAX_SEGMENTS)concurrencyLevel = MAX_SEGMENTS;// Find power-of-two sizes best matching argumentsint sshift = 0;int ssize = 1;while (ssize < concurrencyLevel) {++sshift;//代表ssize转换的次数ssize <<= 1;}this.segmentShift = 32 - sshift;//目前不知道有什么用，是在后来的segment定位中使用this.segmentMask = ssize - 1;//segment定位使用if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;int c = initialCapacity / ssize;if (c * ssize < initialCapacity)++c;int cap = MIN_SEGMENT_TABLE_CAPACITY;while (cap < c)cap <<= 1;// create segments and segments[0]Segment<K,V> s0 =new Segment<K,V>(loadFactor, (int)(cap * loadFactor),(HashEntry<K,V>[])new HashEntry[cap]);Segment<K,V>[] ss = (Segment<K,V>[])new Segment[ssize];UNSAFE.putOrderedObject(ss, SBASE, s0); // ordered write of segments[0]this.segments = ss;}

这里我想和hashmap对比来分析，因为他们长得很像，hashmap是entry<K,v>[]，而chm就是segments<K,v>[].可以说每一个segment都是一个hashmap，想要进入segment还需要获取对应的锁。默认conccurrenthashmap的segment数是16.每个segment内的hashentry数组大小也是16个。threadshord是16*0.75

chm如何定位

先看看chm的hash方法
private int hash(Object k) {int h = hashSeed;if ((0 != h) && (k instanceof String)) {return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);}h ^= k.hashCode();// Spread bits to regularize both segment and index locations,// using variant of single-word Wang/Jenkins hash.h += (h <<  15) ^ 0xffffcd7d;h ^= (h >>> 10);h += (h <<   3);h ^= (h >>>  6);h += (h <<   2) + (h << 14);return h ^ (h >>> 16);}

这里对key的hash值再哈希了一次。使用的方法是wang/jenkins的哈希算法,这里再hash是为了减少hash冲突。如果不这样做的话，会出现大多数值都在一个segment上，这样就失去了分段锁的意义。
以上代码只是算出了key的新的hash值，但是怎么用这个hash值定位呢

• 如果我们要取得一个值，首先我们肯定需要先知道哪个segment，然后再知道hashentry的index，最后一次循环遍历该index下的元素

     确定segment，：(h >>> segmentShift) & segmentMask。默认使用h的前4位，segmentMask为15确定index：(tab.length - 1) & h  hashentry的长度减1，用之前确定了sement的新h计算循环：for (HashEntry<K,V> e = (HashEntry<K,V>) UNSAFE.getObjectVolatile(tab, ((long)(((tab.length - 1) & h)) << TSHIFT) + TBASE);e != null; e = e.next)比较：if ((k = e.key) == key || (e.hash == h && key.equals(k)))return e.value;
  

chm取得元素

public V get(Object key) {Segment<K,V> s; // manually integrate access methods to reduce overheadHashEntry<K,V>[] tab;int h = hash(key);long u = (((h >>> segmentShift) & segmentMask) << SSHIFT) + SBASE;if ((s = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObjectVolatile(segments, u)) != null &&(tab = s.table) != null) {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;if ((k = e.key) == key || (e.hash == h && key.equals(k)))return e.value;}}return null;}

如果我们要取得一个值，首先我们肯定需要先知道哪个segment，然后再知道hashentry的index，最后一次循环遍历该index下的元素

       确定segment，：(h >>> segmentShift) & segmentMask。默认使用h的前4位，segmentMask为15确定index：(tab.length - 1) & h  hashentry的长度减1，用之前确定了sement的新h计算循环：for (HashEntry<K,V> e = (HashEntry<K,V>) UNSAFE.getObjectVolatile(tab, ((long)(((tab.length - 1) & h)) << TSHIFT) + TBASE);e != null; e = e.next)比较：if ((k = e.key) == key || (e.hash == h && key.equals(k)))return e.value;

chm 存放元素

  public V put(K key, V value) {Segment<K,V> s;if (value == null)throw new NullPointerException();int hash = hash(key);int j = (hash >>> segmentShift) & segmentMask;if ((s = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObject          // nonvolatile; recheck(segments, (j << SSHIFT) + SBASE)) == null) //  in ensureSegments = ensureSegment(j);return s.put(key, hash, value, false);}   在jdk中，native方法的实现是没办法看的，请下载openjdk来看。在put方法中实际是需要判断是否需要扩容的扩容的时机选在阀值（threadshold）装满时，而不像hashmap是在装入后，再判断是否装满并扩容这里就是concurrenthashmap的高明之处，有可能会出现扩容后就没有新数据的情况

concrrenthashmap 容量判断

public int size() {final Segment<K,V>[] segments = this.segments;int size;boolean overflow; // true if size overflows 32 bitslong sum;         // sum of modCountslong last = 0L;   // previous sumint retries = -1; // first iteration isn't retrytry {for (;;) {if (retries++ == RETRIES_BEFORE_LOCK) {for (int j = 0; j < segments.length; ++j)ensureSegment(j).lock(); // force creation}sum = 0L;size = 0;overflow = false;for (int j = 0; j < segments.length; ++j) {Segment<K,V> seg = segmentAt(segments, j);if (seg != null) {sum += seg.modCount;int c = seg.count;if (c < 0 || (size += c) < 0)overflow = true;}}if (sum == last)break;last = sum;}} finally {if (retries > RETRIES_BEFORE_LOCK) {for (int j = 0; j < segments.length; ++j)segmentAt(segments, j).unlock();}}return overflow ? Integer.MAX_VALUE : size;}这段代码写的真巧妙，在统计concurrenthashmap的数量时，有多线程情况，但是并不是一开始就锁住修改结构的方法，比如put，remove等
先执行一次统计，然后在执行一次统计，如果两次统计结果都一样，则没问题。反之就锁修改结构的方法。这样做效率会高很多，在统计的时候查询依旧可以进行

chm是否为空判断

public boolean isEmpty() {long sum = 0L;final Segment<K,V>[] segments = this.segments;for (int j = 0; j < segments.length; ++j) {Segment<K,V> seg = segmentAt(segments, j);if (seg != null) {if (seg.count != 0)return false;sum += seg.modCount;}}if (sum != 0L) { // recheck unless no modificationsfor (int j = 0; j < segments.length; ++j) {Segment<K,V> seg = segmentAt(segments, j);if (seg != null) {if (seg.count != 0)return false;sum -= seg.modCount;}}if (sum != 0L)return false;}return true;}
即使在空的情况下也不能仅仅只靠segment的计数器来判断，还是因为多线程，count的值随时在变，所以追加判断
modcount前后是否一致，如果一致，说明期间没有修改。

chm删除元素

final V remove(Object key, int hash, Object value) {if (!tryLock())scanAndLock(key, hash);V oldValue = null;try {HashEntry<K,V>[] tab = table;int index = (tab.length - 1) & hash;HashEntry<K,V> e = entryAt(tab, index);HashEntry<K,V> pred = null;while (e != null) {K k;HashEntry<K,V> next = e.next;if ((k = e.key) == key ||(e.hash == hash && key.equals(k))) {V v = e.value;if (value == null || value == v || value.equals(v)) {if (pred == null)setEntryAt(tab, index, next);elsepred.setNext(next);++modCount;--count;oldValue = v;}break;}pred = e;e = next;}} finally {unlock();}return oldValue;}   

思考

1.hashmap的默认大小是1<<4,即16，但是concurrenthashmap却直接16.
2.（k << SSHIFT) + SBASE 这段话我是真没懂，定位的时候会用
3.get方法中直接写的定位方法，为什么不像remove一样调用segmentforhash呢
4.concurrenthashmap和hashtable不能允许key或者value为null。因为在多线程情况下无法判断返回一个null值到底是key为null还是value为null
hashmap是非多线程的，所以可以key为null何value为null