源码解析

put方法源码public V put(K key, V value) {

return putVal(key, value, false);

}

/** Implementation for put and putIfAbsent */

final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {

if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();

int hash = spread(key.hashCode()); //计算hash值

int binCount = 0;//用来记录链表的长度

for (Node[] tab = table;;) {//这里其实就是自旋操作，当出现线程竞争时不断自旋

Node f; int n, i, fh;

if (tab == null || (n = tab.length) == 0)//如果数组为空，则进行数组初始化

tab = initTable();//初始化数组

// 通过hash值对应的数组下标得到第一个节点; 以volatile读的方式来读取table数组中的元素，保证每次拿到的数据都是最新的

else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {

//如果该下标返回的节点为空，则直接通过cas将新的值封装成node插入即可；如果cas失败，说明存在竞争，则进入下一次循环

if (casTabAt(tab, i, null,

new Node(hash, key, value, null)))

break; // no lock when adding to empty bin

}

else if ((fh = f.hash) == MOVED)

tab = helpTransfer(tab, f);//协助扩容

else {//进入到这个分支，说明f是当前nodes数组对应位置节点的头节点，并且不为空

V oldVal = null;

synchronized (f) {//给对应的头结点加锁

if (tabAt(tab, i) == f) {//再次判断对应下标位置是否为f节点

if (fh >= 0) {//头结点的hash值大于0，说明是链表

binCount = 1;//用来记录链表的长度

for (Node e = f;; ++binCount) {//遍历链表

K ek;

//如果发现相同的key，则判断是否需要进行值的覆盖

if (e.hash == hash &&

((ek = e.key) == key ||

(ek != null && key.equals(ek)))) {

oldVal = e.val;

if (!onlyIfAbsent)//默认情况下，直接覆盖旧的值

e.val = value;

break;

}

//一直遍历到链表的最末端，直接把新的值加入到链表的最后面

Node pred = e;

if ((e = e.next) == null) {

pred.next = new Node(hash, key,

value, null);

break;

}

}

}

//如果当前的f节点是一颗红黑树

else if (f instanceof TreeBin) {

Node p;

binCount = 2;

//则调用红黑树的插入方法插入新的值

if ((p = ((TreeBin)f).putTreeVal(hash, key,

value)) != null) {

oldVal = p.val;//同样，如果值已经存在，则直接替换

if (!onlyIfAbsent)

p.val = value;

}

}

}

}

if (binCount != 0) {//说明上面在做链表操作

//如果链表长度已经达到临界值8 就需要把链表转换为树结构

if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)

treeifyBin(tab, i);

if (oldVal != null)//如果val是被替换的，则返回替换之前的值

return oldVal;

break;

}

}

}

//将当前ConcurrentHashMap的元素数量加1，有可能触发transfer操作(扩容)

addCount(1L, binCount);

return null;

}

spread计算Hash值static final int spread(int h) {

return (h ^ (h >>> 16)) & HASH_BITS;

}

initTable初始化表格private final Node[] initTable() {

Node[] tab; int sc;

while ((tab = table) == null || tab.length == 0) {

if ((sc = sizeCtl) < 0) //被其他线程抢占了初始化的操作,则直接让出自己的CPU时间片

Thread.yield(); // lost initialization race; just spin

else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {

//通过cas操作，将sizeCtl替换为-1，标识当前线程抢占到了初始化资格

try {

if ((tab = table) == null || tab.length == 0) {

int n = (sc > 0) ? sc : DEFAULT_CAPACITY;//默认初始容量为16

@SuppressWarnings("unchecked")

//初始化数组，长度为16，或者初始化在构造ConcurrentHashMap的时候传入的长度

Node[] nt = (Node[])new Node,?>[n];

table = tab = nt;//将这个数组赋值给table

sc = n - (n >>> 2);//计算下次扩容的大小，实际就是当前容量的0.75倍，这里使用了右移来计算

}

} finally {

sizeCtl = sc;//设置sizeCtl为sc, 如果默认是16的话，那么这个时候sc=16*0.75=12

}

break;

}

}

return tab;

}

tabAt计算下标static final Node tabAt(Node[] tab, int i) {

return (Node)U.getObjectVolatile(tab, ((long)i << ASHIFT) + ABASE);

}

addCount计数private final void addCount(long x, int check) {

CounterCell[] as; long b, s;

//判断counterCells是否为空，

// 1. 如果为空，就通过cas操作尝试修改baseCount变量，对这个变量进行原子累加操作(做这个操作的意义是：如果在没有竞争的情况下，仍然采用baseCount来记录元素个数)

// 2. 如果cas失败说明存在竞争，这个时候不能再采用baseCount来累加，而是通过CounterCell来记录

if ((as = counterCells) != null ||

!U.compareAndSwapLong(this, BASECOUNT, b = baseCount, s = b + x)) {

CounterCell a; long v; int m;

boolean uncontended = true;//是否冲突标识，默认为没有冲突

//这里有几个判断

// 1. 计数表为空则直接调用fullAddCount

// 2. 从计数表中随机取出一个数组的位置为空，直接调用fullAddCount

// 3. 通过CAS修改CounterCell随机位置的值，如果修改失败说明出现并发情况(这里又用到了一种巧妙的方法)，

// 调用fullAndCount Random在线程并发的时候会有性能问题以及可能会产生相同的随机数,ThreadLocalRandom.getProbe可以解决这个问题，并且性能要比Random高

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)//链表长度小于等于1，不需要考虑扩容

return;

s = sumCount();//统计ConcurrentHashMap元素个数

}

if (check >= 0) {//如果binCount>=0，标识需要检查扩容

Node[] tab, nt; int n, sc;

//s标识集合大小，如果集合大小大于或等于扩容阈值(默认值的0.75)

// 并且table不为空并且table的长度小于最大容量

while (s >= (long)(sc = sizeCtl) && (tab = table) != null &&

(n = tab.length) < MAXIMUM_CAPACITY) {

int rs = resizeStamp(n);//这里是生成一个唯一的扩容戳

if (sc < 0) {

//sc<0，也就是sizeCtl<0，说明已经有别的线程正在扩容了

// 这5个条件只要有一个条件为true，说明当前线程不能帮助进行此次的扩容，直接跳出循环

// sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT!=rs 表示比较高RESIZE_STAMP_BITS位生成戳和rs是否相等，相同

// sc=rs+1 表示扩容结束

// sc==rs+MAX_RESIZERS 表示帮助线程线程已经达到最大值了

// nt=nextTable -> 表示扩容已经结束

// transferIndex<=0 表示所有的transfer任务都被领取完了，没有剩余的hash桶来给自己自己好这个线程来做transfer

if ((sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs || sc == rs + 1 ||

sc == rs + MAX_RESIZERS || (nt = nextTable) == null ||

transferIndex <= 0)

break;

if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1))//当前线程尝试帮助此次扩容，如果成功，则调用transfer

transfer(tab, nt);

}

//如果当前没有在扩容，那么 rs 肯定是一个正数，通过 rs <

// 为一个负数， 2 表示有一个线程在执行扩容

else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc,

(rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2))

transfer(tab, null);

s = sumCount();// 重新计数，判断是否需要开启下一轮扩容

}

}

}

sumCount计数final long sumCount() {

CounterCell[] as = counterCells; CounterCell a;

long sum = baseCount;

if (as != null) {

for (int i = 0; i < as.length; ++i) {

if ((a = as[i]) != null)

sum += a.value;

}

}

return sum;

}

fullAddCount源码分析private final void fullAddCount(long x, boolean wasUncontended) {

int h;

//获取当前线程的probe的值，如果值为0，则初始化当前线程的probe的值,probe就是随机数

if ((h = ThreadLocalRandom.getProbe()) == 0) {

ThreadLocalRandom.localInit(); // force initialization

h = ThreadLocalRandom.getProbe();

wasUncontended = true;// 由于重新生成了probe，未冲突标志位设置为true

}

boolean collide = false; // True if last slot nonempty

for (;;) {

CounterCell[] as; CounterCell a; int n; long v;

//说明counterCells已经被初始化过了

if ((as = counterCells) != null && (n = as.length) > 0) {

if ((a = as[(n - 1) & h]) == null) {//通过该值与当前线程probe求与，获得cells的下标元素，和hash 表获取索引是一样的

if (cellsBusy == 0) { // Try to attach new Cell //cellsBusy=0表示counterCells不在初始化或者扩容状态下

CounterCell r = new CounterCell(x); // Optimistic create //构造一个CounterCell的值，传入元素个数

if (cellsBusy == 0 && //通过cas设置cellsBusy标识，防止其他线程来对counterCells并发处理

U.compareAndSwapInt(this, CELLSBUSY, 0, 1)) {

boolean created = false;

try { // Recheck under lock

CounterCell[] rs; int m, j;

//将初始化的r对象的元素个数放在对应下标的位置

if ((rs = counterCells) != null &&

(m = rs.length) > 0 &&

rs[j = (m - 1) & h] == null) {

rs[j] = r;

created = true;

}

} finally {//恢复标志位

cellsBusy = 0;

}

if (created)//创建成功，退出循环

break;

continue; // Slot is now non-empty //说明指定cells下标位置的数据不为空，则进行下一次循环

}

}

collide = false;

}

//说明在addCount方法中cas失败了，并且获取probe的值不为空

else if (!wasUncontended) // CAS already known to fail

wasUncontended = true; // Continue after rehash//设置为未冲突标识，进入下一次自旋

else if (U.compareAndSwapLong(a, CELLVALUE, v = a.value, v + x))//由于指定下标位置的cell值不为空，则直接通过cas进行原子累加，如果成功，则直接退出

break;

else if (counterCells != as || n >= NCPU)//如果已经有其他线程建立了新的counterCells或者CounterCells大于CPU核心数(很巧妙，线程的并发数不会超过cpu核心数)

collide = false; // At max size or stale //设置当前线程的循环失败不进行扩容

else if (!collide)//恢复collide状态，标识下次循环会进行扩容

collide = true;

else if (cellsBusy == 0 &&//进入这个步骤，说明CounterCell数组容量不够，线程竞争较大，所以先设置一个标识表示为正在扩容 else

U.compareAndSwapInt(this, CELLSBUSY, 0, 1)) {

try {

if (counterCells == as) {// Expand table unless stale

//扩容一倍 2变成4，这个扩容比较简单

CounterCell[] rs = new CounterCell[n << 1];

for (int i = 0; i < n; ++i)

rs[i] = as[i];

counterCells = rs;

}

} finally {

cellsBusy = 0;//恢复标识

}

collide = false;

continue; // Retry with expanded table //继续下一次自旋

}

h = ThreadLocalRandom.advanceProbe(h);//更新随机数的值

}

else if (cellsBusy == 0 && counterCells == as && //cellsBusy=0表示没有在做初始化，通过cas更新cellsbusy的值标注当前线程正在做初始化操作

U.compareAndSwapInt(this, CELLSBUSY, 0, 1)) {

boolean init = false;

try { // Initialize table

if (counterCells == as) {

CounterCell[] rs = new CounterCell[2];//初始化容量为2

rs[h & 1] = new CounterCell(x);//将x也就是元素的个数放在指定的数组下标位置

counterCells = rs;//赋值给counterCells

init = true;//设置初始化完成标识

}

} finally {

cellsBusy = 0;//恢复标识

}

if (init)

break;

}

else if (U.compareAndSwapLong(this, BASECOUNT, v = baseCount, v + x))//竞争激烈，其它线程占据cell 数组，直接累加在base变量中

break; // Fall back on using base

}

}

transfer扩容private final void transfer(Node[] tab, Node[] nextTab) {

int n = tab.length, stride;

//将 (n>>>3相当于 n/8) 然后除以 CPU核心数。如果得到的结果小于 16，那么就使用 16

// 这里的目的是让每个 CPU 处理的桶一样多，避免出现转移任务不均匀的现象，如果桶较少的话，默认一个 CPU(一个线程)处理 16 个桶，也就是长度为16的时候，扩容的时候只会有一个线程来扩容

if ((stride = (NCPU > 1) ? (n >>> 3) / NCPU : n) < MIN_TRANSFER_STRIDE)

stride = MIN_TRANSFER_STRIDE; // subdivide range

//nextTab未初始化，nextTab是用来扩容的node数组

if (nextTab == null) { // initiating

try {

@SuppressWarnings("unchecked")

//新建一个n<<1原始table大小的nextTab,也就是32

Node[] nt = (Node[])new Node,?>[n << 1];

nextTab = nt;//赋值给nextTab

} catch (Throwable ex) { // try to cope with OOME

sizeCtl = Integer.MAX_VALUE;//扩容失败，sizeCtl使用int的最大值

return;

}

nextTable = nextTab;//更新成员变量

transferIndex = n;//更新转移下标，表示转移时的下标

}

int nextn = nextTab.length;//新的tab的长度

// 创建一个 fwd 节点，表示一个正在被迁移的Node，并且它的hash值为-1(MOVED)，

// 也就是前面我们在讲putval方法的时候，会有一个判断MOVED的逻辑。

// 它的作用是用来占位，表示原数组中位置i处的节点完成迁移以后，

// 就会在i位置设置一个fwd来告诉其他线程这个位置已经处理过了，具体后续还会在讲

ForwardingNode fwd = new ForwardingNode(nextTab);

// 首次推进为 true，如果等于 true，说明需要再次推进一个下标(i--)，反之，如果是 false，那么就不能推进下标，需要将当前的下标处理完毕才能继续推进

boolean advance = true;

//判断是否已经扩容完成，完成就return，退出循环

boolean finishing = false; // to ensure sweep before committing nextTab

//通过for自循环处理每个槽位中的链表元素，默认advace为真，通过CAS设置transferIndex属性值，

// 并初始化i和bound值，i指当前处理的槽位序号，bound指需要处理的槽位边界，先处理槽位15的节点；

for (int i = 0, bound = 0;;) {

// 这个循环使用CAS不断尝试为当前线程分配任务

// 直到分配成功或任务队列已经被全部分配完毕

// 如果当前线程已经被分配过bucket区域

// 那么会通过--i指向下一个待处理bucket然后退出该循环

Node f; int fh;

while (advance) {

int nextIndex, nextBound;

//--i表示下一个待处理的bucket，如果它>=bound,表示当前线程已经分配过bucket区域

if (--i >= bound || finishing)

advance = false;

else if ((nextIndex = transferIndex) <= 0) {//表示所有bucket已经被分配完毕

i = -1;

advance = false;

}

//通过cas来修改TRANSFERINDEX,为当前线程分配任务，处理的节点区间为(nextBound,nextIndex)->(0,15)

else if (U.compareAndSwapInt

(this, TRANSFERINDEX, nextIndex,

nextBound = (nextIndex > stride ?

nextIndex - stride : 0))) {

bound = nextBound;

i = nextIndex - 1;

advance = false;

}

}

//i<0说明已经遍历完旧的数组，也就是当前线程已经处理完所有负责的bucket

if (i < 0 || i >= n || i + n >= nextn) {

int sc;

if (finishing) {//如果完成了扩容

nextTable = null;//删除成员变量

table = nextTab;//更新table数组

sizeCtl = (n << 1) - (n >>> 1);//更新阈值(32*0.75=24)

return;

}

// sizeCtl 在迁移前会设置为 (rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2

// 然后，每增加一个线程参与迁移就会将 sizeCtl 加 1， // 这里使用 CAS 操作对 sizeCtl 的低16位进行减 1，代表做完了属于自己的任务

if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc = sizeCtl, sc - 1)) {

//第一个扩容的线程，执行transfer方法之前，会设置 sizeCtl = (resizeStamp(n) << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2)

// 后续帮其扩容的线程，执行transfer方法之前，会设置 sizeCtl = sizeCtl+1 每一个退出transfer的方法的线程，退出之前，

// 会设置 sizeCtl = sizeCtl-1 那么最后一个线程退出时：必然有 sc == (resizeStamp(n) << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2)，

// 即 (sc - 2) == resizeStamp(n) << RESIZE_STAMP_SHIFT // 如果 sc - 2 不等于标识符左移 16 位。如果他们相等了，

// 说明没有线程在帮助他们扩容了。也就是说，扩容结束了。

if ((sc - 2) != resizeStamp(n) << RESIZE_STAMP_SHIFT)

return;

// 如果相等，扩容结束了，更新 finising 变量

finishing = advance = true;

// 再次循环检查一下整张表

i = n; // recheck before commit

}

}

// 如果位置 i 处是空的，没有任何节点，那么放入刚刚初始化的 ForwardingNode ”空节点“

else if ((f = tabAt(tab, i)) == null)

advance = casTabAt(tab, i, null, fwd);

//表示该位置已经完成了迁移，也就是如果线程A已经处理过这个节点，那么线程B处理这个节点时，hash值一定为MOVED

else if ((fh = f.hash) == MOVED)

advance = true; // already processed

else {

synchronized (f) {//对数组该节点位置加锁，开始处理数组该位置的迁移工作

if (tabAt(tab, i) == f) {

Node ln, hn;///ln 表示低位， hn 表示高位 接下来这段代码的作用 是把链表拆分成两部分， 0 在低位， 1 在高位

if (fh >= 0) {

int runBit = fh & n;

Node lastRun = f;

//遍历当前bucket的链表，目的是尽量重用Node链表尾部的一部分

for (Node p = f.next; p != null; p = p.next) {

int b = p.hash & n;

if (b != runBit) {

runBit = b;

lastRun = p;

}

}

if (runBit == 0) {//如果最后更新的runBit是0，设置低位节点

ln = lastRun;

hn = null;

}

else {//否则，设置高位节点

hn = lastRun;

ln = null;

}

//构造高位以及低位的链表

for (Node p = f; p != lastRun; p = p.next) {

int ph = p.hash; K pk = p.key; V pv = p.val;

if ((ph & n) == 0)

ln = new Node(ph, pk, pv, ln);

else

hn = new Node(ph, pk, pv, hn);

}

setTabAt(nextTab, i, ln);//将低位的链表放在 i 位置也就是不动

setTabAt(nextTab, i + n, hn);//将高位链表放在 i+n 位置

setTabAt(tab, i, fwd);// 把旧 table 的 hash 桶中放置转发节点，表明此 hash 桶已经被处理

advance = true;

}

else if (f instanceof TreeBin) { //红黑 树的扩容部分

TreeBin t = (TreeBin)f;

TreeNode lo = null, loTail = null;

TreeNode hi = null, hiTail = null;

int lc = 0, hc = 0;

for (Node e = t.first; e != null; e = e.next) {

int h = e.hash;

TreeNode p = new TreeNode

(h, e.key, e.val, null, null);

if ((h & n) == 0) {

if ((p.prev = loTail) == null)

lo = p;

else

loTail.next = p;

loTail = p;

++lc;

}

else {

if ((p.prev = hiTail) == null)

hi = p;

else

hiTail.next = p;

hiTail = p;

++hc;

}

}

ln = (lc <= UNTREEIFY_THRESHOLD) ? untreeify(lo) :

(hc != 0) ? new TreeBin(lo) : t;

hn = (hc <= UNTREEIFY_THRESHOLD) ? untreeify(hi) :

(lc != 0) ? new TreeBin(hi) : t;

setTabAt(nextTab, i, ln);

setTabAt(nextTab, i + n, hn);

setTabAt(tab, i, fwd);

advance = true;

}

}

}

}

}

}

resizeStampstatic final int resizeStamp(int n) { return Integer.numberOfLeadingZeros(n) | (1 << (RESIZE_STAMP_BITS - 1)); }

helpTransferprivate final void tryPresize(int size) {

//对size进行修复,主要目的是防止传入的值不是一个2次幂的整数，然后通过tableSizeFor来讲入参转化为离该整数最近的2次幂

int c = (size >= (MAXIMUM_CAPACITY >>> 1)) ? MAXIMUM_CAPACITY :

tableSizeFor(size + (size >>> 1) + 1);

int sc;

while ((sc = sizeCtl) >= 0) {

Node[] tab = table; int n;

//下面这段代码和initTable是一样的，如果table没有初始化，则开始初始化

if (tab == null || (n = tab.length) == 0) {

n = (sc > c) ? sc : c;

if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {

try {

if (table == tab) {

@SuppressWarnings("unchecked")

Node[] nt = (Node[])new Node,?>[n];

table = nt;

sc = n - (n >>> 2);

}

} finally {

sizeCtl = sc;

}

}

}

else if (c <= sc || n >= MAXIMUM_CAPACITY)

break;

else if (tab == table) { //这段代码和addCount后部分代码是一样的，做辅助扩容操作

int rs = resizeStamp(n);

if (sc < 0) {

Node[] nt;

if ((sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs || sc == rs + 1 ||

sc == rs + MAX_RESIZERS || (nt = nextTable) == null ||

transferIndex <= 0)

break;

if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1))

transfer(tab, nt);

}

else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc,

(rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2))

transfer(tab, null);

}

}

}

treeifyBinprivate final void treeifyBin(Node[] tab, int index) {

Node b; int n, sc;

if (tab != null) {

if ((n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)//tab的长度是不是小于64，如果是，则执行扩容

tryPresize(n << 1);

else if ((b = tabAt(tab, index)) != null && b.hash >= 0) {//否则，将当前链表转化为红黑树结构存储

synchronized (b) { // 将链表转换成红黑树

if (tabAt(tab, index) == b) {

TreeNode hd = null, tl = null;

for (Node e = b; e != null; e = e.next) {

TreeNode p =

new TreeNode(e.hash, e.key, e.val,

null, null);

if ((p.prev = tl) == null)

hd = p;

else

tl.next = p;

tl = p;

}

setTabAt(tab, index, new TreeBin(hd));

}

}

}

}

}

tryPresizeprivate final void tryPresize(int size) {

//对size进行修复,主要目的是防止传入的值不是一个2次幂的整数，然后通过tableSizeFor来讲入参转化为离该整数最近的2次幂

int c = (size >= (MAXIMUM_CAPACITY >>> 1)) ? MAXIMUM_CAPACITY :

tableSizeFor(size + (size >>> 1) + 1);

int sc;

while ((sc = sizeCtl) >= 0) {

Node[] tab = table; int n;

//下面这段代码和initTable是一样的，如果table没有初始化，则开始初始化

if (tab == null || (n = tab.length) == 0) {

n = (sc > c) ? sc : c;

if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {

try {

if (table == tab) {

@SuppressWarnings("unchecked")

Node[] nt = (Node[])new Node,?>[n];

table = nt;

sc = n - (n >>> 2);

}

} finally {

sizeCtl = sc;

}

}

}

else if (c <= sc || n >= MAXIMUM_CAPACITY)

break;

else if (tab == table) { //这段代码和addCount后部分代码是一样的，做辅助扩容操作

int rs = resizeStamp(n);

if (sc < 0) {

Node[] nt;

if ((sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs || sc == rs + 1 ||

sc == rs + MAX_RESIZERS || (nt = nextTable) == null ||

transferIndex <= 0)

break;

if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1))

transfer(tab, nt);

}

else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc,

(rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2))

transfer(tab, null);

}

}

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