CHM知多少？？

大家好，欢迎来到IT知识分享网。

什么是CHM ?

 1、CHM 全称：ConcurrentHashMap 是J.U.C工具包中所提供的,显然是个map集合，而且是个线程安全的HashMap,既然是线程安全的那么显然下并发场景下用的还是比较频繁的。 2、CHM作用和HashMap差不太多，也可以说是一个线程安全的HashMap 3、使用和普通的Map是一致的，包含put,get 方法等 

 ConcurrentHashMap chmMap = new ConcurrentHashMap(); chmMap.put("key","value"); chmMap.get("key"); 

CHM的发展

 这里为什么说下它的发展呢，是因为在jdk1.7和jdk1.8这2个版本下发生了一些比较大的变化（即对它进行的优化升级） jdk1.7版本的主要内容：jdk1.7在线程安全方面主要利用到了分段锁（segment）,简单的说一个CHM是由N（初始化16）个segment组成的，这样的话就通过在每个segment端上加锁来控制线程安全的。 

jdk1.8 针对jdk1.7做了些改进 主要有如下： 1、取消了segement分段锁这部分 2、由原来的数字+单向链表 改为 数组+单向链表（或红黑树） 原因: 1、去掉segment的分段锁，使得锁的范围更小了，减少了阻塞的概率，提升锁的效率。 2、数组+链表，缺点：单向链表的时间复杂度为0(n)，如果同一个节点hash碰撞过多的话，那么这个节点的单向链表的长度就很可能成为整个map查询的瓶颈了。因此优化了当单向链表的长度增加到了8（默认），那么就会由原来的链表转为红黑树，红黑树的查询效率比链表要高很多0(logn)，利用了二分查找等机制，加速了查找速度。 如下图： 

CHM的原理浅析

大致逻辑如下 ：每一点说明一个逻辑判断 1、hash - > hash = spread(key.hashCode()); // 获取下标 2、一个循环，没有结束条件 for (Node<K,V>[] tab = table;;) 2.1、判断该数组是否进行过初始化(这个一块一定记住始终考虑并发的情况出现) 进行初始化tab[]. 2.2、根据has获取对应数组的值，如果null ,cas(原子操作)，基础赋值（占据这个位置） 2.3、考虑到该结点 是否处于迁移，如果该结点正在迁移，那么说明有线程在迁移，也可以加入，配合迁移（协助迁移） 2.4、如果该结点不为空，那么存在以下几种情况 2.4.1、 该节点下是单链表，一次循环找到对应结点位置， 2.4.2、若该结点是 树，那么根据树的结构将数据存起来 2.5、判断该结点下的个数,。TREEIFY_THRESHOLD = 8 如大于 8 if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD) 转为树 3、计算元素个数 

初始化

// 初始化数组 private final Node<K,V>[] initTable() { 
    Node<K,V>[] tab; int sc; // 循环存在多线程竞争的情况下 while ((tab = table) == null || tab.length == 0) { 
    if ((sc = sizeCtl) < 0) // 以及被其他线程抢到了，开始初始化了 Thread.yield(); // lost initialization race; just spin else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) { 
    try { 
    // cas原子操作，标记已经在初始化了，与第一个if相对应 if ((tab = table) == null || tab.length == 0) { 
    // 默认初始值16 。 // private static final int DEFAULT_CAPACITY = 16; int n = (sc > 0) ? sc : DEFAULT_CAPACITY; @SuppressWarnings("unchecked") Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n]; table = tab = nt; sc = n - (n >>> 2); //扩容因子，下次需要扩容的大小（0.75） } } finally { 
    sizeCtl = sc; } break; } } return tab; } / Implementation for put and putIfAbsent */ final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) { 
    //键不能为空，否则报错 if (key == null || value == null) throw new NullPointerException(); //hash int hash = spread(key.hashCode()); int binCount = 0; for (Node<K,V>[] tab = table;;) { 
    Node<K,V> f; int n, i, fh; if (tab == null || (n = tab.length) == 0) // 初始化 数组 tab = initTable(); 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 } else if ((fh = f.hash) == MOVED) tab = helpTransfer(tab, f); else { 
    V oldVal = null; synchronized (f) { 
    if (tabAt(tab, i) == f) { 
    if (fh >= 0) { 
    binCount = 1; for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) { 
    K ek; 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; if ((e = e.next) == null) { 
    pred.next = new Node<K,V>(hash, key, value, null); break; } } } else if (f instanceof TreeBin) { 
    // 判断是否为树 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; } } } } // static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8; if (binCount != 0) { 
    // 如果节点数，大于初始值默认8），那么转成红黑树 if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD) treeifyBin(tab, i); if (oldVal != null) return oldVal; break; } } } addCount(1L, binCount); return null; } ============ Class<?> ak = Node[].class; ABASE = U.arrayBaseOffset(ak); int scale = U.arrayIndexScale(ak); if ((scale & (scale - 1)) != 0) throw new Error("data type scale not a power of two"); ASHIFT = 31 - Integer.numberOfLeadingZeros(scale); ============= @SuppressWarnings("unchecked") static final <K,V> Node<K,V> tabAt(Node<K,V>[] tab, int i) { 
    // 此方法 是通过获取offset的偏移量 如上代码，实际等价于tab[i]，那么为什么不这么取值？ return (Node<K,V>)U.getObjectVolatile(tab, ((long)i << ASHIFT) + ABASE); } 

为什么通过tabAt()单独的去获取值呢？？不知直接用tab[i]更家直接的获取值呢？

原因: 看代码上getObjectVolatile 虽然有volatile关键字，但是我们都知道，因为对 volatile 写操作 happen-before 于 volatile 读操作， 因此其他线程对 table 的修改均对 get 读取可见的，由此可见直接tab[i] 不一定能获取的最新的值。 虽然 table 数组本身是增加了 volatile 属性，但是“volatile 的数组只针对数组的引用具有volatile 的语义，而不是它的元素”。所以就直接用内存上的偏移量来获取值。 

 / * Adds to count, and if table is too small and not already * resizing, initiates transfer. If already resizing, helps * perform transfer if work is available. Rechecks occupancy * after a transfer to see if another resize is already needed * because resizings are lagging additions. * * @param x the count to add * @param check if <0, don't check resize, if <= 1 only check if uncontended // check 指的是扩容标记 */ private final void addCount(long x, int check) { 
    CounterCell[] as; long b, s; if ((as = counterCells) != null || !U.compareAndSwapLong(this, BASECOUNT, b = baseCount, s = b + x)) { 
    //baseCount 是基础个数，可以认为是在没有竞争的情况下，通过baseCount的累加记录个数的 CounterCell a; long v; int m; boolean uncontended = true; // 表示默认没有冲突，即无竞争 if (as == null || (m = as.length - 1) < 0 || (a = as[ThreadLocalRandom.getProbe() & m]) == null || !(uncontended = U.compareAndSwapLong(a, CELLVALUE, v = a.value, v + x))) { 
    // 计算元素个数 baseCount+x（1.竞争，2.无竞争） fullAddCount(x, uncontended); return; } if (check <= 1) return; s = sumCount(); } if (check >= 0) { 
    Node<K,V>[] tab, nt; int n, sc; while (s >= (long)(sc = sizeCtl) && (tab = table) != null && (n = tab.length) < MAXIMUM_CAPACITY) { 
    int rs = resizeStamp(n); if (sc < 0) { 
    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); s = sumCount(); } } } // 计算个数，期间需要考虑扩容等，加锁等问题 private final void fullAddCount(long x, boolean wasUncontended) { 
    int h; // 随机获取一个下标，如没有对应数组下标内为空，那么不存在竞争 if ((h = ThreadLocalRandom.getProbe()) == 0) { 
    ThreadLocalRandom.localInit(); // force initialization h = ThreadLocalRandom.getProbe(); wasUncontended = true; } boolean collide = false; // True if last slot nonempty for (;;) { 
    CounterCell[] as; CounterCell a; int n; long v; if ((as = counterCells) != null && (n = as.length) > 0) { 
    if ((a = as[(n - 1) & h]) == null) { 
    // 若为空 if (cellsBusy == 0) { 
    // Try to attach new Cell 为新的值，当前不再初始化或扩容状态下，创建新的cell值，设置 x（个数） CounterCell r = new CounterCell(x); // Optimistic create if (cellsBusy == 0 && U.compareAndSwapInt(this, CELLSBUSY, 0, 1)) { 
    // cas 加锁 boolean created = false; try { 
    // Recheck under lock // 加锁防止并发修改对应的值 CounterCell[] rs; int m, j; if ((rs = counterCells) != null && (m = rs.length) > 0 && rs[j = (m - 1) & h] == null) { 
    rs[j] = r; // 将元素的个数 放入对应于的数组内rs[j] created = true; } } finally { 
    cellsBusy = 0; } if (created) break; continue; // Slot is now non-empty } } collide = false; } else if (!wasUncontended) // CAS already known to fail  wasUncontended = true; // Continue after rehash ,未冲突 else if (U.compareAndSwapLong(a, CELLVALUE, v = a.value, v + x)) break; // 如果已经有其他线程建立了新的 counterCells 或者 CounterCells 大于 CPU 核心数（线程的并发数不会超过 cpu 核心数） else if (counterCells != as || n >= NCPU) collide = false; // At max size or stale else if (!collide) collide = true; else if (cellsBusy == 0 && U.compareAndSwapInt(this, CELLSBUSY, 0, 1)) { 
    try { 
    if (counterCells == as) { 
   // Expand table unless stale // // 需要扩容了 n*2 （左移1位） CounterCell[] rs = new CounterCell[n << 1]; for (int i = 0; i < n; ++i) rs[i] = as[i]; counterCells = rs; } } finally { 
    cellsBusy = 0; } collide = false; continue; // Retry with expanded table } h = ThreadLocalRandom.advanceProbe(h); } // 没有初始化，开始初始化 默认为2的大小 else if (cellsBusy == 0 && counterCells == as && U.compareAndSwapInt(this, CELLSBUSY, 0, 1)) { 
    boolean init = false; try { 
    // Initialize table if (counterCells == as) { 
    CounterCell[] rs = new CounterCell[2]; rs[h & 1] = new CounterCell(x); counterCells = rs; init = true; } } finally { 
    cellsBusy = 0; } if (init) break; } // cas操作成功，baseCount累加 else if (U.compareAndSwapLong(this, BASECOUNT, v = baseCount, v + x)) break; // Fall back on using base } } // 求计算个数的table初始化 默认大小为2，后面也可以扩容 else if (cellsBusy == 0 && counterCells == as && U.compareAndSwapInt(this, CELLSBUSY, 0, 1)) { 
    boolean init = false; try { 
    // Initialize table if (counterCells == as) { 
    CounterCell[] rs = new CounterCell[2]; rs[h & 1] = new CounterCell(x); counterCells = rs; init = true; } } finally { 
    cellsBusy = 0; } 

通过上面的这个图以及结合代码知道2点：
1、当没有并发的时候，会有个baseCount 来记录当前元素的个数的。
2、当出现并发时，那么就需要考虑到怎么样更加高效的计算出个数，那么这里就引入了通过对当前线程的Random随机落到一个数组的一个节点上，因此组中通过计算整个数组上的value值来得出最终的count数，如果数组不够的情况，也会有设计到扩容的哦。如下代码：

//计算总的元素个数 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; } // 创建cell数组，存在竞争以及扩容 else if (cellsBusy == 0 && U.compareAndSwapInt(this, CELLSBUSY, 0, 1)) { 
    try { 
    if (counterCells == as) { 
   // Expand table unless stale CounterCell[] rs = new CounterCell[n << 1]; for (int i = 0; i < n; ++i) rs[i] = as[i]; counterCells = rs; } } finally { 
    cellsBusy = 0; } collide = false; continue; // Retry with expanded table } h = ThreadLocalRandom.advanceProbe(h); 

1、如果有线程正在扩容，那么当前线程就会协助扩容 else if ((fh = f.hash) == MOVED) tab = helpTransfer(tab, f); 2、如果没有在扩容，那么就是当达到扩容阈值的时候，直接出发扩容 

// check 就是 addCount(1L, binCount); 中的binCount 的值 if (check >= 0) { 
    Node<K,V>[] 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); // 扩容戳  if (sc < 0) { 
    // 这一块理解起来有点难，但是我觉总体来就是说：因为考虑到并发情况下，所以需要加锁，那么加锁又会影响其迁移的性能，因此就用过位运算来判断线程之间是互斥的，从而计算出每个线程迁移的节点是哪些.个人认为扩容时间戳就是这么个东西.将table[]数组单做一个共享的同步队列。每个线程负责自己区域，并且将迁移移走的节点标记（fwd-：ForwardingNode） 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); s = sumCount(); } } 

好了， 关于CHM 暂时告一段落，写的不好 ，还望各位看官，多多指点，谢谢！