concurrenthashmap原理

news2024/11/16 17:45:21

一、Concurrent类型的容器

二、HashMap多线程死链问题

三、Concurrenthashmap8原理

1、构造器

2、get流程

3、put流程

4、initTable

5、addCount方法

6、size流程

四、Concurrenthashmap7原理

1、put流程

2、rehash扩容流程

3、get流程

一、Concurrent类型的容器

内部很多操作使用cas优化，一般可以提高较高吞吐量

弱一致性：

遍历时弱一致性，例如，当利用迭代器遍历时，如果容器发生改变，迭代器仍然可以继续进行遍历，这时内容是旧的
求容器大小size()弱一致性，size操作未必是100%准确的
读数据的时弱一致性

遍历时如果发生了修改，对于非安全容器来讲，使用fail-fast机制，让便利立刻失败，抛出ConcurrentModificationException，不再继续便利

二、HashMap多线程死链问题

在JDK7以下的版本中才会出现，原本hashmap的数组超过0.75的阈值就会发生扩容，当扩容的时候多线程可能会出现并发死链的问题。

死链复现：初始数组长度是16，刚好添加到0.75，然后启动两个线程去put第13个元素让他扩容。我们在transfer这个方法就能看出问题

这个方法是转移的方法，把原本数组的节点转移到新的数组中，扩容的过程就是遍历数组中的每个节点然后一个个移动，外面的for循环是循环数组，里面有个while循环来遍历移动链表每个节点

在单线程的情况下，他会指向这个节点然后记录他的next，把这个节点移动过去，然后把原来数组节点为next，重复循环，这个next的next保存，然后把这个next移动过头指向前一个移动过去的节点，原数组改为next的next。

多线程的情况下，当线程1在去移动的时候先赋值拿到了A和B,A指向B，然后某些原因导致堵塞，线程2扩容完毕后1复活，这个时候B指向A了实际上，但是1的前还是A后是B因为已经赋值了，然后他依然会先移动前面的A过去，然后数组位置变B然后next改为B的下一个又是A了这个时候就循环了，在一次移动的话B的下一个又是a了

三、Concurrenthashmap8原理

1、构造器

第一个参数初始容量，第二个参数是负载因子（0.75），第三个是并发度

上来如果初始容量小于并发度，那么会把初始容量改为并发度，最少得保证并发度这么大

他实现了懒惰初始化，他前面仅仅是大小的计算没有真正的创建，将来用到的时候才创建，这个jdk8的优化，jdk7中的是一上来就直接创建个数组

在他算好size的大小之后他还会做计算，保证最终的大小一定是2的幂次方，所以我们设置的初始化大小不一定是实际的大小

2、get流程

get也是亮点，因为全程没有加锁。他首先用spread计算hashcode，这个方法可以保证返回是正数，然后判断table是不是空，然后跟刚刚的len按位&，看看那个桶是不是空，如果是就返回null

如果头结点就是我们要找的key直接返回，他会先比hashcode，如果相等比key是不是一样和equals不，如果是相等直接返回。

如果头结点的hash是负数，则改桶已经被扩容了或者转化为treebin了，调用find方法来查询。如果不是负数，那就是链表了，直接while循环遍历一个个比较

3、put流程

他进来会先判断key和value是不是null，如果是就抛出异常了（之前面试就被问到hashmap的key和value能不能为null，cur呢，还是小厂面试）

先有个死循环，然后先判断这个表是不是为空，为空就要初始化，懒惰初始化的put的时候才初始化，初始化这个过程是用cas来保证不会用多个线程来创建的

如果计算出来的下标桶内没有元素要创建，就会用cas创建，如果成功就break，失败就重新循环

如果在扩容的时候cur会把头节点的变量cas改为-1，表示这个链表正在扩容，其他线程看到就知道有人在扩容了，他就会锁住后面即将扩容的链表，帮助该线程扩容

最后如果冲突了，就会对这个桶链表的头节点加synchronized，然后判断fh变量是不是>=0，大于就说明是链表，直接遍历链表有key就更新，没有就追加；如果是小于0就判断是不是红黑树，如果是就转化为tree节点来添加

4、initTable

初始化数组的时候会调用的方法，先判断这个哈希表有没有被创建，没有被创建进入while循环不断尝试，先尝试用cas把属性值改为-1，改为-1代表有人正在创建哈希表，如果成功了就会进入里面创建，其他线程cas失败就会循环，当下次进来就会发现这个值已经为-1说明有人创建，就会礼让cpu的使用权，yield，等创建好之后他们再次循环也会退出循环因为table不为null了

5、addCount方法

增加哈希表元素当中的计算数量，增加完之后就会把我们的size（）也加1，用了我们之前的longArr的思想，设置多个累加单元从而减少他们cas的冲突，增加性能

首先先判断看看累加单元是否为空，如果没有累加单元就cas创建，有就拿累加单元cas拿原来的值+1，没有累加单元数组就创建数组，累加失败就重试。

累加完成之后如果链表长度小于等于1说明不用扩容直接结束返回，如果不是就判断要不要扩容，扩容会把变量属性cas变为负数，然后调扩容方法进行扩容；如果已经变了负数变量，就知道新的table已经被创建了锁后面链表帮忙扩容

6、size流程

size计算发生在put和remove改变集合元素的操作中，没有竞争发生会向baseCount累加计数，有竞争发生，新建counterCells，向其中的一个cell累加计数，counterCells初始化有两个，如果竞争激烈还会创建。size就会调用遍历计算所有cell单元累加到sum返回。

四、Concurrenthashmap7原理

他维护了一个segment数组，每个segment对应一把锁，是继承reentrantlock的

优点：如果多个线程访问不同的segment，实际是没有冲突，与jdk8类似

缺点：segment数组默认大小为16，这个容量初始化后不能改变了，数组不是懒惰初始化

jdk8是把sync加在每个链表头，jdk7是加在segment数组上

1、put流程

上来先调用currenthashmap的put:如果value为null就抛异常，计算hash码，对哈希码进行移位和与运算得到下标，找到下标后看segment对象是不是null，如果没有就调用ensureSegment去尝试创建；有的话直接调用segment对象的put方法

segment对象的put：

上来做加锁的尝试，他如果失败会一直尝试，最多循环尝试64次，还失败就进入lock流程堵塞；加锁成功就进入segment然后用哈希表的长度和哈希码进行&找到桶，如果hash相等equals了那就找到了，直接用新的值替换旧的值，如果没有就新增指向原来的first，然后检查是否需要扩容，需要就走扩容，不需要就把新的节点变为链表头，退出循环。