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常见属性释义
//散列表数据最大容量
private static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
//散列表容量默认值
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 16;
static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
//默认并发级别，这个版本不怎么用了 这里定义出来是为了兼容以前的版本
private static final int DEFAULT_CONCURRENCY_LEVEL = 16;
//负载因子
private static final float LOAD_FACTOR = 0.75f;
//树化阈值，指定桶位 链表长度达到8的话，有可能发生树化操作。
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
//树转为链表的长度阈值
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
//最小树化容量，只有当散列表数组长度达到64且某个链表的长度达到8时 触发树化，否则仅是扩容
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
//线程迁移数据最小步长
private static final int MIN_TRANSFER_STRIDE = 16;
//sizeCtl中用于生成stamp的位数。
private static int RESIZE_STAMP_BITS = 16;
//扩容线程的最大数量
private static final int MAX_RESIZERS = (1 << (32 - RESIZE_STAMP_BITS)) - 1;
//在sizeCtl中记录stamp的位移位
private static final int RESIZE_STAMP_SHIFT = 32 - RESIZE_STAMP_BITS;
//⭐️ FWD节点的hash值，即当前节点已经发生了迁移
static final int MOVED = -1; // hash for forwarding nodes
//⭐️ 红黑树根节点的hash值
static final int TREEBIN = -2; // hash for roots of trees
static final int RESERVED = -3; // hash for transient reservations
//正常节点hash使用的位数
static final int HASH_BITS = 0x7fffffff; // usable bits of normal node hash
//散列表数组
transient volatile Node<K,V>[] table;
//扩容过程中，会将扩容中的新table 赋值给nextTable 保持引用，扩容结束之后，这里会被设置为Null
//因此遇到nextTable不为null时，就表明在扩容
private transient volatile Node<K,V>[] nextTable;
//与LongAdder中baseCount类似，当未发生线程竞争时，直接对baseCount执行加法操作
private transient volatile long baseCount;
//⭐️
//当sizeCtl<0时，hash表正在初始化或者扩容。
// sizeCtl=-1时，表示table正在初始化(有别的线程在创建table数组)，当前线程需要自旋
// !=-1时，当前数据正在扩容；sizeCtl对应二进制中 高16位 表示扩容的标识戳，低16位表示(1+resizeThreadNum)即参与并发扩容的线程数量
//当sizeCtl=0时，表示创建默认容量的table数组
//当sizeCtl>0时，如果table数据尚未初始化，表示初始化大小；如果已经初始化 则表示下次扩容的阈值
private transient volatile int sizeCtl;
//扩容过程中，记录当前进度。所有线程都需要从transferIndex中分配区间任务，去执行自己的任务。
private transient volatile int transferIndex;
private transient volatile int cellsBusy;
/**
* Table of counter cells. When non-null, size is a power of 2.
* LongAdder中的cells数组，当baseCount发生竞争后，会创建cells数组，
* 线程会通过计算hash值 取到 自己的cell ，将增量累加到指定cell中
* 总数 = sum(cells) + baseCount
*/
private transient volatile CounterCell[] counterCells;
这些常量里sizeCtl、MOVED、TREEBIN的含义都比较重要，后面会详细介绍
其中baseCount、cellsBusy、counterCells与LongAddr实现逻辑类似，当不存在线程竞争时，直接对baseCount进行加法运算。当有多个线程并发对baseCount做加法运行时，则创建counterCells数组，线程通过hash取模定位到counterCells某一位置，每个线程在属于自己的counterCell做加法操作，最终元素之和=baseCount+每个线程的操作数之和
这是一种空间换时间的方式 来减少并发
常用小方法解析
spread方法
static final int spread(int h) {
//HASH_BITS=0x7fffffff==>0111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111
return (h ^ (h >>> 16)) & HASH_BITS;
}
扰动函数，让hash值更散列，其作用有两个：
1、让hash值的高位也能参与到运算中
2、让得到的hash值为正数(二进制最高位为1 表示二进制为负数，因此&HASH_BITS 可以将最高位由1->0 从而使最终结果为正 )
先来对第一点进行反证说明：
spread常配合用于定位指定key在table数组中的位置，比如
int hash = spread(key.hashCode());
int i = (n - 1) & hash)
假如说key的hash值为1100 0000 1110 0011 0001 1100 0001 1110，table数据长度n=16，若不经过spread方法，即直接使用key.hashCode()去定位位置，我们看下有什么弊端？
1100 0000 1110 0011 0001 1100 0001 1110
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 ==>n-1=15的二进制
---------------------------------------
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1110
**因为是与运算，若数据长度不是足够长，二进制高位不会有数据的，那么key.hashCode()&(n-1)的结果就受限于此。**以此为例，n=16，那么key.hashCode()也就只有低4位会参与到位运算，因而只要不同key.hashCode()值后四位相同，那么就能计算出相同的table数组位置，大大增加了hash冲突的概率。
如果使用spread()函数，情况会有所好转吗？举例数据依然如上
1100 0000 1110 0011 0001 1100 0001 1110==>key.hashCode()
0000 0000 0000 0000 1100 0000 1110 0011==>key.hashCode()>>>16
---------------------------------------------
1100 0000 1110 0011 1101 1100 1111 1101 ==>异或运算结果 相同为0 不同为1
0111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 ==> HASH_BITS
---------------------------------------------
0100 0000 1110 0011 1101 1100 1111 1101 ==>&HASH_BITS之后结果
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 ==>n-1=15的二进制
---------------------------------------------
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1101 ==> 与运算
可以看出sprend方法，可以使hash值的高16位也能参与到运行，使hash值更加散列，减少hash冲突
tableSizeFor
该方法可以求出大于等于指定值的最小2次幂数,从而使table数组长度一直保持在2的次幂数
private static final int tableSizeFor(int c) {
int n = c - 1;
n |= n >>> 1;
n |= n >>> 2;
n |= n >>> 4;
n |= n >>> 8;
n |= n >>> 16;
//MAXIMUM_CAPACITY=2^30
return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
}
以c=26为例 演示计算过程，
n=26-1=25==>二进制0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1001
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1001
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1100 ==> n>>>1
----------------------------------------
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1101 ==> n= n | n >>> 1;
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1110 ==> n>>>2
----------------------------------------
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1111 ==> n = n | n >>> 2;
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 ==> n>>>4
----------------------------------------
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1111 ==>n = n | n >>> 4;
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 ==>n>>>8
----------------------------------------
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1111 ==>n = n | n >>> 8;
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 ==>n>>>16
----------------------------------------
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1111 ==>n = n | n >>> 16;
计算完n=31,因其<MAXIMUM_CAPACITY,最终n=31+1=32
tabAt、casTabAt、setAt
static final <K,V> Node<K,V> tabAt(Node<K,V>[] tab, int i) {
return (Node<K,V>)U.getObjectVolatile(tab, ((long)i << ASHIFT) + ABASE);
}
static final <K,V> boolean casTabAt(Node<K,V>[] tab, int i,
Node<K,V> c, Node<K,V> v) {
return U.compareAndSwapObject(tab, ((long)i << ASHIFT) + ABASE, c, v);
}
static final <K,V> void setTabAt(Node<K,V>[] tab, int i, Node<K,V> v) {
U.putObjectVolatile(tab, ((long)i << ASHIFT) + ABASE, v);
}
这三个方法是以CAS为基础，通过比较内存最新值，获取指定位置元素、将元素以自旋方式插入指定位置、向指定位置设置元素
这里想说明下与元素定位相关的计算。
获取Node[]数据在内存的地址，以偏移量的形式计算得出具体下标元素的实际位置。就好比想获取数据index=5下标处元素：首先需要知道数组第一个元素的内存地址，然你数组第一个元素内存地址+偏移量5 即可得出index=5在内存中的位置
其中，上面举例中数组内存地址类似ABASE字段、偏移量对应ASHIFT
//表示数组第一个元素的偏移地址
private static final long ABASE;
//表示数据中每个空间单位占的大小，比如每个空间单位大小是n，那么想要找第5个下标的起始位置则是ABSE+n*5
private static final int ASHIFT;
static {
try {
U = sun.misc.Unsafe.getUnsafe();
Class<?> ak = Node[].class;
//计算数据第一个元素在内存中的偏移地址
ABASE = U.arrayBaseOffset(ak);
//计算数组单元所占有空间大小
int scale = U.arrayIndexScale(ak);
// 如果空间大小不是2的次幂 则报错
if ((scale & (scale - 1)) != 0)
throw new Error("data type scale not a power of two");
//numberOfLeadingZeros 表示从高位开始连续0的个数，
//比如scale=16,二进制为0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0000
//那么Integer.numberOfLeadingZeros(16)=27
ASHIFT = 31 - Integer.numberOfLeadingZeros(scale);
} catch (Exception e) {
throw new Error(e);
}
}
关于ABASE、ASHIFT的关系以及怎么计算，我们举个栗子
假如说要计算一排树中指定位置树木的位置，已知第一棵树在道路起始位置3m处，并且每两棵树相隔2m，那么第4棵树在道路多少m处？
计算方式：3+2*(4-1)=9m，这里可以将ABSE类比为3m，ASHIT相当于间隔的2m
而源代码中((long)i << ASHIFT) + ABASE,位运算相当于上面的乘法运算
ConcurrentHashMap(int initialCapacity)构造方法
public ConcurrentHashMap(int initialCapacity) {
//初始容量小于0 抛出异常
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException();
//计算初始化容量
int cap = ((initialCapacity >= (MAXIMUM_CAPACITY >>> 1)) ?
MAXIMUM_CAPACITY :
tableSizeFor(initialCapacity + (initialCapacity >>> 1) + 1));
//这里table数组还未初始化，sizeCtl表示初始化容量，
this.sizeCtl = cap;
}
initTable
private final Node<K,V>[] initTable() {
Node<K,V>[] tab; int sc;
//如果table为null或者长度为0 则执行初始化table操作
while ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
//① sizeCtl赋值给sc
if ((sc = sizeCtl) < 0)
Thread.yield(); // lost initialization race; just spin
//②
else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {
try {
if ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
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);
}
} finally {
sizeCtl = sc;
}
break;
}
}
return tab;
}
假如说 不存在多个线程一起初始化table的情况，那么代码逻辑会来到②处，
//将sizeCtl赋值为-1
if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {
try {
//这里再次进行判断是为了防止其他线程已经初始化完毕了，而当前线程又一次地初始化,造成已初始化table数据丢失
if ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
//table数据容量
int n = (sc > 0) ? sc : DEFAULT_CAPACITY;
@SuppressWarnings("unchecked")
Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n];
table = tab = nt;
//sc=n-1/4n=(3/4)n=0.75n
sc = n - (n >>> 2);
}
} finally {
//1.如果当前线程是第一个从事初始化table的线程 sizeCtl=下一次扩容的阈值
//2.当前线程不是第一个进来的初始化table的线程，需要将sizeCtl恢复原值，因为if块将sizeCtl赋值为-1了。sizeCtl原值在①处被保留在变量sc了
sizeCtl = sc;
}
break;
}
如果存在多个线程一起初始化table，比如线程A、线程B，此时线程A已经开始执行到②处代码，那线程B进到ininTable方法时会被①处代码给拦着
if ((sc = sizeCtl) < 0)
Thread.yield();
因为初始化table线程将sizeCtl置为-1，符合这里if条件，因而线程B会释放CPU的执行权
ForwardingNode构造函数
final Node<K,V>[] nextTable;
ForwardingNode(Node<K,V>[] tab) {
//设置hash值为MOVED,即-1
super(MOVED, null, null, null);
//将tab赋值给成员变量nextTable
this.nextTable = tab;
}
put操作
public V put(K key, V value) {
return putVal(key, value, false);
}
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
//通过扰动函数计算hash值
int hash = spread(key.hashCode());
int binCount = 0;
for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
//f 桶位头结点
//n table数组长度
//i 桶位下标
//fh 桶位头结点hash值
Node<K,V> f; int n, i, fh;
//如果table尚未初始化 则执行初始化动作
if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
tab = initTable();
//如果根据hash值计算的桶位 不存在元素，则将当前value放置在这里
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
}
// 如果桶位元素的hash值=-1，说明当前桶位元素为FWD节点，正在进行迁移
else if ((fh = f.hash) == MOVED)
//帮助迁移 ① ⭐️
tab = helpTransfer(tab, f);
else {
V oldVal = null;
synchronized (f) {
if (tabAt(tab, i) == f) {
if (fh >= 0) {
//1、当不存在冲突时，key-value被插入到链表尾部，这里binCount表示链表长度
//2、如果发生了冲突，key-value会替换旧值，这里(binCount-1)(索引是从0开始的，所以-1)表示冲突位置
binCount = 1;
//循环遍历
for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {
K ek;
//如果key、hash值与链表中某元素key、hash分别一致，说明发生了冲突，则做替换操作，将当前新插入值value替换旧值oldVal
if (e.hash == hash &&
((ek = e.key) == key ||
(ek != null && key.equals(ek)))) {
oldVal = e.val;
if (!onlyIfAbsent)
e.val = value;
break;
}
//如果当前元素 与 插入元素的key不一致，则将其插入到链表尾部
Node<K,V> pred = e;
if ((e = e.next) == null) {
pred.next = new Node<K,V>(hash, key,
value, null);
break;
}
}
}
//如果节点类型是红黑树节点类型TreeBin
else if (f instanceof TreeBin) {
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) {
//如果桶位元素个数>=8 则调用treeifyBin操作
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
treeifyBin(tab, i);
if (oldVal != null)
return oldVal;
break;
}
}
}
//1.统计table中的元素个数
//2.判断是否达到了扩容阈值，是否需要触发扩容操作
addCount(1L, binCount);
return null;
}
总结putVal操作主要做以下几件事：
1.table未初始化时，先初始化table
2.如果桶位下标元素为空，则将value插入到当前桶位下标
3.如果桶位节点类型是FWD,则帮助进行迁移操作
4.如果桶位元素类型是链表
- 如果不存在冲突，则将key-value放到链表尾部
- 如果存在冲突，则用value替换旧值
5.如果桶位元素类型是TreeBin，则执行红黑树putTreeVal操作
6.如果链表长度>=8了，则触发链表转红黑树操作
7.计算table元素个数及是否需要扩容
helpTransfer
resizeStamp
static final int resizeStamp(int n) {
//RESIZE_STAMP_BITS=16
return Integer.numberOfLeadingZeros(n) | (1 << (RESIZE_STAMP_BITS - 1));
}
该方法主要是计算扩容标识戳的，在一批扩容中(如16->32)，多次计算该值不会发生变化，以n=16为例，Integer.numberOfLeadingZeros(n)=27
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1011
0000 0000 0000 0000 1000 0000 0000 0000
---------------------------------------
0000 0000 0000 0000 1000 0000 0001 1011
这里需要在说明下sizeCtl 表示扩容时，高16位表示扩容标识戳，低16位标识1+扩容线程数
final Node<K,V>[] helpTransfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V> f) {
//nextTable 扩容table
//sc表示sizeCtl
Node<K,V>[] nextTab; int sc;
//如果节点是FWD节点 并且nextTable不为空
if (tab != null && (f instanceof ForwardingNode) &&
(nextTab = ((ForwardingNode<K,V>)f).nextTable) != null) {
//以tab.length=16为例，这里rs=0000 0000 0000 0000 1000 0000 0001 1011
int rs = resizeStamp(tab.length);
//表示正在扩容，(sc = sizeCtl) < 0这里表示的是正在扩容中
while (nextTab == nextTable && table == tab &&
(sc = sizeCtl) < 0) {
//1、如果sc高16位与rs表示的扩容标识戳不等 则说明非当前批次的扩容
//条件sc=rs+1 有误 应该是sc=(rs<<16)+1,即如果sc低16位=1 表示扩容完毕，线程均已退出扩容操作
//条件sc == rs + MAX_RESIZERS 有误，应该是sc==(rs<<16)+MAX_RESIZERS,表示参与并发扩容的线程已达最大值，当前线程不必参与进来了
//transferIndex是扩容中记录进度的。由于扩容迁移数据是从后向前迁移，即从位置15的桶位,14的桶位...0号桶位这样的顺序。因而transferIndex <= 0,表示已经迁移完毕了。当前线程可以退出
if ((sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs || sc == rs + 1 ||
sc == rs + MAX_RESIZERS || transferIndex <= 0)
break;
//sizeCtl+1,说明有一个线程进入帮助迁移工作
if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1)) {
transfer(tab, nextTab);
break;
}
}
return nextTab;
}
return table;
}
首先如果是同一批次的扩容操作，那么rs与sizeCtl高16位是相同的，这里假设rs=0000 0000 0000 0000 1000 0000 0001 1011
对sc==(rs<<16)+1做下解释：
我们知道当表示扩容时sizeCtl低16位=1+nThread,即1+扩容线程数
rs<<16+1==>1000 0000 0001 1011 0000 0000 0000 001,此时若sc=(rs<<16)+1=1000 0000 0001 1011 0000 0000 0000 001,它的低16位是1，也就是扩容线程数=0，可以推断已经是扩容完毕，线程陆续退出了
再来看sc == rs<<16 + MAX_RESIZERS
与上面的解释类似，sc=rs<<16+MAX_RESIZERS==>1000 0000 0001 1011 1111 1111 1111 1111，此时低位已满，可以理解为参与扩容线程数达到上限了。
transfer方法
真正实现迁移的逻辑就在transfer中
private final void transfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V>[] nextTab) {
//n 散列表数组长度 假设为16
//stride 线程迁移处理步长
int n = tab.length, stride;
//这里假设NCPU=4,n=16,那么 n>>>3 = 2 因此stride=MIN_TRANSFER_STRIDE=16
if ((stride = (NCPU > 1) ? (n >>> 3) / NCPU : n) < MIN_TRANSFER_STRIDE)
stride = MIN_TRANSFER_STRIDE; // subdivide range
//1、若nextTable==null成立 说明当前线程是触发本次扩容的线程
//2、若nextTable==null不成立 说明当前线程是协助扩容操作的，主要是数据迁移
if (nextTab == null) { // initiating
try {
@SuppressWarnings("unchecked")
// 定义 一个2n 容量的Node数组
Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n << 1];
//引用赋值给nextTab
nextTab = nt;
} catch (Throwable ex) { // try to cope with OOME
//新数组构造失败
sizeCtl = Integer.MAX_VALUE;
return;
}
//赋值给成员变量nextTable
nextTable = nextTab;
//假设n=16 那么transferIndex=16 说明扩容操作从第16个元素开始的(这里transferIndex是从1开始的)
transferIndex = n;
}
// 扩容数组长度 nexttn=32
int nextn = nextTab.length;
//声明FWD节点，其hash值为-1,
//当某个桶位数据处理完毕后，将此桶位设置为fwd节点，其他读写操作的线程会有不同处理逻辑
ForwardingNode<K,V> fwd = new ForwardingNode<K,V>(nextTab);
//推进标记
boolean advance = true;
//完成标记
boolean finishing = false; // to ensure sweep before committing nextTab
// 这里先说明下 多个线程参与迁移数据时，每个线程会分配若干table数组区间，处理完毕即退出
// 比如线程A 处理table数组下标10~15的元素 线程B 4~9 线程C 0~3
//i 表示当前线程迁移工作执行到的桶位下标
//bound 当前线程迁移工作处理的下界限制
for (int i = 0, bound = 0;;) {
//f 桶位头结点
//fh 桶位头结点hash值
Node<K,V> f; int fh;
//
while (advance) {
//nextIndex 表示分配任务的开始位置
//nextBound 表示分配任务的结束位置
int nextIndex, nextBound;
if (--i >= bound || finishing)
advance = false;
//这里有两层含义 1、将transferIndex赋值给nextIndex,
//2、如果nextIndex<=0成立 说明迁移数据区间已经分配完了，当前线程没什么迁移工作要处理了
// 可以去做退出迁移任务相关的逻辑
//⭐️
else if ((nextIndex = transferIndex) <= 0) {
i = -1;
advance = false;
}
// 这里CAS方式 确定分配任务的结束位置
// 这里有两层含义: 如果待迁移数据比较多够分的，则给线程分配stride个数据去迁移；否则 就将剩下的数据全给一个线程
//假设nextIndex=16 则nextBound=0
else if (U.compareAndSwapInt
(this, TRANSFERINDEX, nextIndex,
nextBound = (nextIndex > stride ?
nextIndex - stride : 0))) {
//bound=0,i=15,因此可以推断当前线程要迁移的table数组数据区间是[0,15]
bound = nextBound;
i = nextIndex - 1;
advance = false;
}
}
// i<0 成立 说明 前面的(nextIndex = transferIndex) <= 0 即当前线程未分配到迁移任务 需要退出迁移任务了
if (i < 0 || i >= n || i + n >= nextn) {
int sc;
//如果迁移任务完成
if (finishing) {
//nextTable赋值为null
nextTable = null;
// 将table指向扩容后的数组
table = nextTab;
//sizeCtl 此时表示下次扩容阈值
//2n-1/2n=1.5n，这里n是扩容前长度，因此1.5n=(0.75)(扩容后长度)
sizeCtl = (n << 1) - (n >>> 1);
return;
}
//CAS成立 将sc低16位-1 说明有迁移线程要退出
if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc = sizeCtl, sc - 1)) {
// 我们知道同一批次扩容时 计算的resizeStamp是相同的，这里假设n=16
//那么 resizeStamp(n)==>0000 0000 0000 0000 1000 0000 0001 1011
//resizeStamp(n) << RESIZE_STAMP_SHIFT ==>1000 0000 0001 1011 0000 0000 0000 0000
//sc-2 参与计算的是低16位，若if条件成立 说明当前线程不是最后一个退出迁移任务的线程，那么可以正常退出
if ((sc - 2) != resizeStamp(n) << RESIZE_STAMP_SHIFT)
return;
// 如果是最后一个退出迁移任务的线程
finishing = advance = true;
i = n; // recheck before commit
}
}
//程序走到这里说明当前线程的迁移任务未执行完成
// 这里条件若成立，说明当前桶位未存放数据，将其设置为FWD节点
else if ((f = tabAt(tab, i)) == null)
advance = casTabAt(tab, i, null, fwd);
//条件成立：说明当前节点已经迁移完成了。
else if ((fh = f.hash) == MOVED)
advance = true; // already processed
else {
//开始进行迁移
synchronized (f) {
if (tabAt(tab, i) == f) {
Node<K,V> ln, hn;
//链表迁移 需要留意前面的变量TREEBIN=-2，所以用fh>0可以判断是否链表，大于等于0是链表
if (fh >= 0) {
int runBit = fh & n;
Node<K,V> lastRun = f;
for (Node<K,V> p = f.next; p != null; p = p.next) {
int b = p.hash & n;
if (b != runBit) {
runBit = b;
lastRun = p;
}
}
if (runBit == 0) {
ln = lastRun;
hn = null;
}
else {
hn = lastRun;
ln = null;
}
for (Node<K,V> 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<K,V>(ph, pk, pv, ln);
else
hn = new Node<K,V>(ph, pk, pv, hn);
}
setTabAt(nextTab, i, ln);
setTabAt(nextTab, i + n, hn);
setTabAt(tab, i, fwd);
advance = true;
}
//红黑树节点treeBin迁移
else if (f instanceof TreeBin) {
TreeBin<K,V> t = (TreeBin<K,V>)f;
TreeNode<K,V> lo = null, loTail = null;
TreeNode<K,V> hi = null, hiTail = null;
int lc = 0, hc = 0;
for (Node<K,V> e = t.first; e != null; e = e.next) {
int h = e.hash;
TreeNode<K,V> p = new TreeNode<K,V>
(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<K,V>(lo) : t;
hn = (hc <= UNTREEIFY_THRESHOLD) ? untreeify(hi) :
(lc != 0) ? new TreeBin<K,V>(hi) : t;
setTabAt(nextTab, i, ln);
setTabAt(nextTab, i + n, hn);
setTabAt(tab, i, fwd);
advance = true;
}
}
}
}
}
}
transfer方法主要做以下几件事：
1、当数据还未扩容，则执行数据扩容操作，新建2倍 table数组
2、给线程分配迁移区间，每个线程处理自己区间的工作，处理完毕即退出，最后一个退出的线程 处理些标记工作
- 如果当前迁移桶位元素为null，则将FWD节点设置到此桶位
- 如果桶位头节点hash值为-1，说明此桶位已经迁移过了
3、桶位迁移
- 链表迁移
- 红黑树迁移
下面以链表为例说明下是如何迁移的？
这里假设 NodeA-E 分别是11101、01101、11101、11101、11101; table数组长度n=16
这些节点 经过hash=spread()、以及 hash&(n-1) 最终都定位在桶位13
在分析迁移数据前，先要明确一个问题：
1、因为table数组长度的缘故，在桶位定位时，目前参与&运算的只有最后4位，如果table数组长度变长了，那么这些节点的桶位位置会有变化吗？
我的回答是 会有变化的。举例n=16扩容至32，由于参与&运算的位数变成5位了，因而最终的结果会有所变化。
以NodeA、NodeB为例
假设NodeA hash值是0100 0000 1110 0011 1101 1100 1111 1101、NodeB hash值是0100 0000 1110 0011 1101 1100 1110 1101
NodeA.hashCode&(32-1)==>0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1101=29
NodeB.hashCode&(32-1)==>0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1101=13
可以看出，在扩容之后NodeA 定位到29桶位处，而NodeB仍然定位在13桶位处。
因此，也可以得出一个结论：原桶位元素扩容后在新table的位置：1、仍然在当前位置 2、新桶位位置=原桶位位置+原table长度
因此，也把桶位上参与到&运算的最高位为1的节点称为高位链节点，反之则为低位链节点，其中高位链节点有个特点迁移到新table后，桶位位置=原桶位位置+原table长度，低位链节点迁移后仍然与原桶位位置相同。
以上图为例，桶位头结点是NodeA
if (fh >= 0) {
//fh后五位11101 & 10000(16二进制) =1
int runBit = fh & n;
//lastRun指向桶位头节点 ①
Node<K,V> lastRun = f;
for (Node<K,V> p = f.next; p != null; p = p.next) {
int b = p.hash & n;
if (b != runBit) {
runBit = b;
lastRun = p;
}
}
//如果runBit=0 则为低位链
if (runBit == 0) {
ln = lastRun;
hn = null;
}
else {
hn = lastRun;
ln = null;
}
for (Node<K,V> p = f; p != lastRun; p = p.next) {
int ph = p.hash; K pk = p.key; V pv = p.val;
if ((ph & n) == 0)
//构造低位链
ln = new Node<K,V>(ph, pk, pv, ln);
else
//构造高位链
hn = new Node<K,V>(ph, pk, pv, hn);
}
//将低位链插入新table 相同桶位处
setTabAt(nextTab, i, ln);
//将高位链插入到新table 原桶位+n处
setTabAt(nextTab, i + n, hn);
// 将当前桶位 置为FWD
setTabAt(tab, i, fwd);
//桶位迁移完成
advance = true;
}
以上图为例，在①处for循环处lastRun的指向几经改变，最终lastRun指向NodeD 且runBit=1 说明此时是高位链，因此
hn=lastRun==>NodeD
ln=null
构造高低链
//从NodeA开始，判断条件是p!=lastRun，即p!=NodeD
for (Node<K,V> p = f; p != lastRun; p = p.next) {
int ph = p.hash; K pk = p.key; V pv = p.val;
if ((ph & n) == 0)
//构造低位链
ln = new Node<K,V>(ph, pk, pv, ln);
else
//构造高位链
hn = new Node<K,V>(ph, pk, pv, hn);
}
当p指向NodeA时，(ph & n) == 1，去构造高位链，hn
当p指向NodeB时，(ph & n) == 0，去构造低位链ln
当p指向NodeC时，(ph & n) == 0，去构造低位链ln
当p指向NodeD时，由于p==lastRun 直接跳过
当p指向NodeE时，(ph & n) == 1，去构造高位链，hn
至此高位链、低位链均已构造完成，接下来就是插入到指定位置了
addCount()
该方法主要做两件事：1、计数，统计table中元素个数 2、扩容
//如果check<0 不检查扩容 remove时会传递-1
//check<=1 说明只在非竞争情况下检查
private final void addCount(long x, int check) {
CounterCell[] as; long b, s;
//计数的原理与LongAddr类似
//counterCells!=null 说明有多个线程在累加baseCount 这种情况则为每个线程分配一个counterCell
//最终的累加之和=每个counterCell之和+baseCount
if ((as = counterCells) != null ||
!U.compareAndSwapLong(this, BASECOUNT, b = baseCount, s = b + x)) {
CounterCell a; long v; int m;
boolean uncontended = true;
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;
}
//check<=1 退出
if (check <= 1)
return;
//循环counterCell 累加
s = sumCount();
}
//执行扩容逻辑
if (check >= 0) {
Node<K,V>[] tab, nt; int n, sc;
//s >= (long)(sc = sizeCtl) 成立 说明sizeCtl要么是负数，表示正在扩容中，要么是正数，表示扩容阈值
//(tab = table) != null 程序能走到这里 基本是恒成立
//(n = tab.length) < MAXIMUM_CAPACITY 成立的条件是table数组长度小于最大限制
while (s >= (long)(sc = sizeCtl) && (tab = table) != null &&
(n = tab.length) < MAXIMUM_CAPACITY) {
//扩容标识戳
int rs = resizeStamp(n);
//sc<0 说明正在扩容中，进来的线程协助扩容迁移数据
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);
}
//如果当前线程是触发扩容的线程 则走这个分支，将参与扩容线程数+1
//(sizeCtl 低16位 表示1+扩容线程数，这里+2，不就相当于1+1)
else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc,
(rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2))
//这里传入的nextTable=null 也能说明是第一个触发扩容的线程 它要去创建nextTable
transfer(tab, null);
s = sumCount();
}
}
}
get操作
public V get(Object key) {
//tab 表示table数组
//e 表示桶位头结点
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> e, p; int n, eh; K ek;
//计算hash值
int h = spread(key.hashCode());
//如果根据hash值得到的桶位不为空
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null) {
//如果桶位头结点key/hash值均吻合 说明已找到
if ((eh = e.hash) == h) {
if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))
return e.val;
}
//eh<0 有两种情况 1、eh=-1 说明是FWD节点 已经发生迁移 2、eh=-2 说明是红黑树节点TreeBin
else if (eh < 0)
return (p = e.find(h, key)) != null ? p.val : null;
//这里就是链表了，遍历链表 一个个对比
while ((e = e.next) != null) {
if (e.hash == h &&
((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))))
return e.val;
}
}
//如果没找到 返回null
return null;
}
这里主要对eh<0 这种情况进行说明，eh<0 说明节点可能是FWD或TreeBin，
如果是FWD节点，说明发生了扩容数据已经迁移，要去新table中查找了
//ForwardingNode#find
Node<K,V> find(int h, Object k) {
// loop to avoid arbitrarily deep recursion on forwarding nodes
//FWD节点保存的是扩容后数据长度
outer: for (Node<K,V>[] tab = nextTable;;) {
Node<K,V> e; int n;
//如果在扩容后table中桶位元素为null 则直接返回
if (k == null || tab == null || (n = tab.length) == 0 ||
(e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) == null)
return null;
for (;;) {
int eh; K ek;
//如果桶位头结点对比后 符合条件 则返回桶位头节点
if ((eh = e.hash) == h &&
((ek = e.key) == k || (ek != null && k.equals(ek))))
return e;
//这里桶位头节点hash值小于0 说明当前table又扩容了
if (eh < 0) {
//头结点类型是FWD
if (e instanceof ForwardingNode) {
tab = ((ForwardingNode<K,V>)e).nextTable;
continue outer;
}
else
//头结点类型是TreeBin
return e.find(h, k);
}
//如果找到最后没知道
if ((e = e.next) == null)
return null;
}
}
}
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