深度剖析ConcurrentHashMap

梦里梦外; 2022-07-14 04:59 192阅读 0赞

在阅读Spring IOC源码的时候，发现了里面的map是ConcurrentHashMap。有些疑问，我们平时都使用HashMap和HashTable，我们也知道，HashMap是线程不安全的，但是效率高，HashTable则反之。对于其中的细节，也略知一二。至于ConcurrentHashMap则是既有效率又安全的，具体呢？今天在网上看到一篇很不错的文章，跟大家分享。

# ConcurrentHashMap的目的 #

多线程环境下，使用Hashmap进行put操作会引起死循环，导致CPU利用率接近100%，所以在并发情况下不能使用HashMap。虽然已经有一个线程安全的HashTable，但是HashTable容器使用synchronized（他的get和put方法的实现代码如下）来保证线程安全，在线程竞争激烈的情况下HashTable的效率非常低下。因为当一个线程访问HashTable的同步方法时，访问其他同步方法的线程就可能会进入阻塞或者轮训状态。如线程1使用put进行添加元素，线程2不但不能使用put方法添加元素，并且也不能使用get方法来获取元素，所以竞争越激烈效率越低。

<table style="border-collapse:collapse; border-spacing:0px; margin:auto auto 15px; width:722.5px; background:transparent; display:block"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="padding:0.3em 15px 0.3em 1em; background-color:inherit; font-family:Menlo,Consolas,monospace; border:none; margin:0px; vertical-align:top; width:647.203px"> <pre style="font-family:Menlo,Consolas,monospace; font-size:1em; overflow-x:auto; overflow-y:hidden; margin-top:0px; margin-bottom:0px; background-color:inherit; border:none; padding:0px; max-width:700px; width:647.203px">
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
      public synchronized V get(Object key) {
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
          Entry&lt;?,?&gt; tab[] = table;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
          int hash = key.hashCode();
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
          int index = (hash &amp; 0x7FFFFFFF) % tab.length;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
          for (Entry&lt;?,?&gt; e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              if ((e.hash == hash) &amp;&amp; e.key.equals(key)) {
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                  return (V)e.value;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              }
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
          }
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
          return null;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
      }
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
      public synchronized V put(K key, V value) {
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
          // Make sure the value is not null
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
          if (value == null) {
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              throw new NullPointerException();
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
          }
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px"></div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
          // Makes sure the key is not already in the hashtable.
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
          Entry&lt;?,?&gt; tab[] = table;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
          int hash = key.hashCode();
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
          int index = (hash &amp; 0x7FFFFFFF) % tab.length;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
          @SuppressWarnings("unchecked")
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
          Entry&lt;K,V&gt; entry = (Entry&lt;K,V&gt;)tab[index];
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
          for(; entry != null ; entry = entry.next) {
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              if ((entry.hash == hash) &amp;&amp; entry.key.equals(key)) {
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                  V old = entry.value;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                  entry.value = value;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                  return old;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              }
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
          }
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px"></div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
          addEntry(hash, key, value, index);
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
          return null;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
      }
     
      
     </div></pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

在这么恶劣的环境下，ConcurrentHashMap应运而生。

# 实现原理 #

ConcurrentHashMap使用分段锁技术，将数据分成一段一段的存储，然后给每一段数据配一把锁，当一个线程占用锁访问其中一个段数据的时候，其他段的数据也能被其他线程访问，能够实现真正的并发访问。如下图是ConcurrentHashMap的内部结构图：  
[![ConcurrentHashMap.png][]][ConcurrentHashMap.png]  
从图中可以看到，ConcurrentHashMap内部分为很多个Segment，每一个Segment拥有一把锁，然后每个Segment（继承ReentrantLock）下面包含很多个HashEntry列表数组。对于一个key，需要经过三次（为什么要hash三次下文会详细讲解）hash操作，才能最终定位这个元素的位置，这三次hash分别为：

1.  对于一个key，先进行一次hash操作，得到hash值h1，也即h1 = hash1(key)；
2.  将得到的h1的高几位进行第二次hash，得到hash值h2，也即h2 = hash2(h1高几位)，通过h2能够确定该元素的放在哪个Segment；
3.  将得到的h1进行第三次hash，得到hash值h3，也即h3 = hash3(h1)，通过h3能够确定该元素放置在哪个HashEntry。

## 初始化 ##

先看看ConcurrentHashMap的初始化做了哪些事情，构造函数的源码如下：

<table style="border-collapse:collapse; border-spacing:0px; margin:auto auto 15px; width:722.5px; background:transparent; display:block"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="padding:0.3em 15px 0.3em 1em; background-color:inherit; font-family:Menlo,Consolas,monospace; border:none; margin:0px; vertical-align:top; width:647.203px"> <pre style="font-family:Menlo,Consolas,monospace; font-size:1em; overflow-x:auto; overflow-y:hidden; margin-top:0px; margin-bottom:0px; background-color:inherit; border:none; padding:0px; max-width:700px; width:647.203px">
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
      public ConcurrentHashMap(int initialCapacity,
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                                   float loadFactor, int concurrencyLevel) {
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              if (!(loadFactor &gt; 0) || initialCapacity &lt; 0 || concurrencyLevel &lt;= 0)
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                  throw new IllegalArgumentException();
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              if (concurrencyLevel &gt; MAX_SEGMENTS)
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                  concurrencyLevel = MAX_SEGMENTS;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              // Find power-of-two sizes best matching arguments
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              int sshift = 0;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              int ssize = 1;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              while (ssize &lt; concurrencyLevel) {
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                  ++sshift;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                  ssize &lt;&lt;= 1;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              }
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              this.segmentShift = 32 - sshift;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              this.segmentMask = ssize - 1;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              if (initialCapacity &gt; MAXIMUM_CAPACITY)
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                  initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              int c = initialCapacity / ssize;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              if (c * ssize &lt; initialCapacity)
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                  ++c;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              int cap = MIN_SEGMENT_TABLE_CAPACITY;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              while (cap &lt; c)
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                  cap &lt;&lt;= 1;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              // create segments and segments[0]
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              Segment&lt;K,V&gt; s0 =
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                  new Segment&lt;K,V&gt;(loadFactor, (int)(cap * loadFactor),
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                                   (HashEntry&lt;K,V&gt;[])new HashEntry[cap]);
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              Segment&lt;K,V&gt;[] ss = (Segment&lt;K,V&gt;[])new Segment[ssize];
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              UNSAFE.putOrderedObject(ss, SBASE, s0); // ordered write of segments[0]
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              this.segments = ss;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
          }
     
      
     </div></pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

传入的参数有initialCapacity，loadFactor，concurrencyLevel这三个。

*  initialCapacity表示新创建的这个ConcurrentHashMap的初始容量，也就是上面的结构图中的Entry数量。默认值为`static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;`
 *  loadFactor表示负载因子，就是当ConcurrentHashMap中的元素个数大于**loadFactor \* 最大容量**时就需要rehash，扩容。默认值为`static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;`
 *  concurrencyLevel表示并发级别，这个值用来确定Segment的个数，Segment的个数是大于等于concurrencyLevel的第一个2的n次方的数。比如，如果concurrencyLevel为12，13，14，15，16这些数，则Segment的数目为16(2的4次方)。默认值为`static final int DEFAULT_CONCURRENCY_LEVEL = 16;`。理想情况下ConcurrentHashMap的真正的并发访问量能够达到concurrencyLevel，因为有concurrencyLevel个Segment，假如有concurrencyLevel个线程需要访问Map，并且需要访问的数据都恰好分别落在不同的Segment中，则这些线程能够无竞争地自由访问（因为他们不需要竞争同一把锁），达到同时访问的效果。这也是为什么这个参数起名为“并发级别”的原因。

初始化的一些动作：

1.  验证参数的合法性，如果不合法，直接抛出异常。
2.  concurrencyLevel也就是Segment的个数不能超过规定的最大Segment的个数，默认值为`static final int MAX_SEGMENTS = 1 << 16;`，如果超过这个值，设置为这个值。
3.  然后使用循环找到大于等于concurrencyLevel的第一个2的n次方的数ssize，这个数就是Segment数组的大小，并记录一共向左按位移动的次数sshift，并令`segmentShift = 32 - sshift`，并且segmentMask的值等于ssize - 1，segmentMask的各个二进制位都为1，目的是之后可以通过key的hash值与这个值做**&运算**确定Segment的索引。
4.  检查给的容量值是否大于允许的最大容量值，如果大于该值，设置为该值。最大容量值为`static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;`。
5.  然后计算每个Segment平均应该放置多少个元素，这个值c是向上取整的值。比如初始容量为15，Segment个数为4，则每个Segment平均需要放置4个元素。
6.  最后创建一个Segment实例，将其当做Segment数组的第一个元素。

## put操作 ##

put操作的源码如下：

操作步骤如下：

1.  判断value是否为null，如果为null，直接抛出异常。
2.  key通过一次hash运算得到一个hash值。(这个hash运算下文详说)
3.  将得到hash值向右按位移动segmentShift位，然后再与segmentMask做&运算得到segment的索引j。  
    在初始化的时候我们说过segmentShift的值等于32-sshift，例如concurrencyLevel等于16，则sshift等于4，则segmentShift为28。hash值是一个32位的整数，将其向右移动28位就变成这个样子：  
    0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 xxxx，然后再用这个值与segmentMask做&运算，也就是取最后四位的值。这个值确定Segment的索引。
4.  使用Unsafe的方式从Segment数组中获取该索引对应的Segment对象。
5.  向这个Segment对象中put值，这个put操作也基本是一样的步骤（通过&运算获取HashEntry的索引，然后set）。

## get操作 ##

get操作的源码如下：

操作步骤为：

1.  和put操作一样，先通过key进行两次hash确定应该去哪个Segment中取数据。
2.  使用Unsafe获取对应的Segment，然后再进行一次&运算得到HashEntry链表的位置，然后从链表头开始遍历整个链表（因为Hash可能会有碰撞，所以用一个链表保存），如果找到对应的key，则返回对应的value值，如果链表遍历完都没有找到对应的key，则说明Map中不包含该key，返回null。

## size操作 ##

size操作与put和get操作最大的区别在于，size操作需要遍历所有的Segment才能算出整个Map的大小，而put和get都只关心一个Segment。假设我们当前遍历的Segment为SA，那么在遍历SA过程中其他的Segment比如SB可能会被修改，于是这一次运算出来的size值可能并不是Map当前的真正大小。所以一个比较简单的办法就是计算Map大小的时候所有的Segment都Lock住，不能更新(包含put，remove等等)数据，计算完之后再Unlock。这是普通人能够想到的方案，但是牛逼的作者还有一个更好的Idea：**先给3次机会，不lock所有的Segment，遍历所有Segment，累加各个Segment的大小得到整个Map的大小，如果某相邻的两次计算获取的所有Segment的更新的次数（每个Segment都有一个modCount变量，这个变量在Segment中的Entry被修改时会加一，通过这个值可以得到每个Segment的更新操作的次数）是一样的，说明计算过程中没有更新操作，则直接返回这个值。如果这三次不加锁的计算过程中Map的更新次数有变化，则之后的计算先对所有的Segment加锁，再遍历所有Segment计算Map大小，最后再解锁所有Segment。**源代码如下：

<table style="border-collapse:collapse; border-spacing:0px; margin:auto auto 15px; width:722.5px; background:transparent; display:block"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="padding:0.3em 15px 0.3em 1em; background-color:inherit; font-family:Menlo,Consolas,monospace; border:none; margin:0px; vertical-align:top; width:647.203px"> <pre style="font-family:Menlo,Consolas,monospace; font-size:1em; overflow-x:auto; overflow-y:hidden; margin-top:0px; margin-bottom:0px; background-color:inherit; border:none; padding:0px; max-width:700px; width:647.203px">
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
      public int size() {
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              // Try a few times to get accurate count. On failure due to
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              // continuous async changes in table, resort to locking.
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              final Segment&lt;K,V&gt;[] segments = this.segments;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              int size;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              boolean overflow; // true if size overflows 32 bits
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              long sum;         // sum of modCounts
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              long last = 0L;   // previous sum
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              int retries = -1; // first iteration isn't retry
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              try {
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                  for (;;) {
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                      if (retries++ == RETRIES_BEFORE_LOCK) {
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                          for (int j = 0; j &lt; segments.length; ++j)
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                              ensureSegment(j).lock(); // force creation
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                      }
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                      sum = 0L;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                      size = 0;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                      overflow = false;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                      for (int j = 0; j &lt; segments.length; ++j) {
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                          Segment&lt;K,V&gt; seg = segmentAt(segments, j);
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                          if (seg != null) {
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                              sum += seg.modCount;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                              int c = seg.count;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                              if (c &lt; 0 || (size += c) &lt; 0)
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                                  overflow = true;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                          }
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                      }
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                      if (sum == last)
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                          break;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                      last = sum;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                  }
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              } finally {
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                  if (retries &gt; RETRIES_BEFORE_LOCK) {
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                      for (int j = 0; j &lt; segments.length; ++j)
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                          segmentAt(segments, j).unlock();
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                  }
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              }
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              return overflow ? Integer.MAX_VALUE : size;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
          }
     
      
     </div></pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

举个例子：

> 一个Map有4个Segment，标记为S1，S2，S3，S4，现在我们要获取Map的size。计算过程是这样的：第一次计算，不对S1，S2，S3，S4加锁，遍历所有的Segment，假设每个Segment的大小分别为1，2，3，4，更新操作次数分别为：2，2，3，1，则这次计算可以得到Map的总大小为1+2+3+4=10，总共更新操作次数为2+2+3+1=8；第二次计算，不对S1,S2,S3,S4加锁，遍历所有Segment，假设这次每个Segment的大小变成了2，2，3，4，更新次数分别为3，2，3，1，因为两次计算得到的Map更新次数不一致(第一次是8，第二次是9)则可以断定这段时间Map数据被更新，则此时应该再试一次；第三次计算，不对S1，S2，S3，S4加锁，遍历所有Segment，假设每个Segment的更新操作次数还是为3，2，3，1，则因为第二次计算和第三次计算得到的Map的更新操作的次数是一致的，就能说明第二次计算和第三次计算这段时间内Map数据没有被更新，此时可以直接返回第三次计算得到的Map的大小。最坏的情况：第三次计算得到的数据更新次数和第二次也不一样，则只能先对所有Segment加锁再计算最后解锁。

## containsValue操作 ##

containsValue操作采用了和size操作一样的想法:

<table style="border-collapse:collapse; border-spacing:0px; margin:auto auto 15px; width:722.5px; background:transparent; display:block"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="padding:0.3em 15px 0.3em 1em; background-color:inherit; font-family:Menlo,Consolas,monospace; border:none; margin:0px; vertical-align:top; width:647.203px"> <pre style="font-family:Menlo,Consolas,monospace; font-size:1em; overflow-x:auto; overflow-y:hidden; margin-top:0px; margin-bottom:0px; background-color:inherit; border:none; padding:0px; max-width:700px; width:647.203px">
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
      public boolean containsValue(Object value) {
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              // Same idea as size()
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              if (value == null)
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                  throw new NullPointerException();
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              final Segment&lt;K,V&gt;[] segments = this.segments;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              boolean found = false;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              long last = 0;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              int retries = -1;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              try {
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                  outer: for (;;) {
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                      if (retries++ == RETRIES_BEFORE_LOCK) {
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                          for (int j = 0; j &lt; segments.length; ++j)
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                              ensureSegment(j).lock(); // force creation
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                      }
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                      long hashSum = 0L;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                      int sum = 0;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                      for (int j = 0; j &lt; segments.length; ++j) {
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                          HashEntry&lt;K,V&gt;[] tab;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                          Segment&lt;K,V&gt; seg = segmentAt(segments, j);
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                          if (seg != null &amp;&amp; (tab = seg.table) != null) {
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                              for (int i = 0 ; i &lt; tab.length; i++) {
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                                  HashEntry&lt;K,V&gt; e;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                                  for (e = entryAt(tab, i); e != null; e = e.next) {
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                                      V v = e.value;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                                      if (v != null &amp;&amp; value.equals(v)) {
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                                          found = true;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                                          break outer;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                                      }
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                                  }
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                              }
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                              sum += seg.modCount;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                          }
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                      }
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                      if (retries &gt; 0 &amp;&amp; sum == last)
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                          break;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                      last = sum;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                  }
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              } finally {
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                  if (retries &gt; RETRIES_BEFORE_LOCK) {
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                      for (int j = 0; j &lt; segments.length; ++j)
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                          segmentAt(segments, j).unlock();
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
                  }
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              }
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
              return found;
     
      
     </div>
     
      
     <div style="height:1.3em; font-size:13px">
      
       
          }
     
      
     </div></pre> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

# 关于hash #

大家一定还记得使用一个key定位Segment之前进行过一次hash操作吧？这次hash的作用是什么呢？看看hash的源代码：

源码中的注释是这样的：

> Applies a supplemental hash function to a given hashCode, which defends against poor quality hash functions. This is critical because ConcurrentHashMap uses power-of-two length hash tables, that otherwise encounter collisions for hashCodes that do not differ in lower or upper bits.

这里用到了Wang/Jenkins hash算法的变种，主要的目的是为了减少哈希冲突，使元素能够均匀的分布在不同的Segment上，从而提高容器的存取效率。假如哈希的质量差到极点，那么所有的元素都在一个Segment中，不仅存取元素缓慢，分段锁也会失去意义。

举个简单的例子：

这些数字得到的hash值都是一样的，全是15，所以如果不进行第一次预hash，发生冲突的几率还是很大的，但是如果我们先把上例中的二进制数字使用hash()函数先进行一次预hash，得到的结果是这样的：

> 0100｜0111｜0110｜0111｜1101｜1010｜0100｜1110  
> 1111｜0111｜0100｜0011｜0000｜0001｜1011｜1000  
> 0111｜0111｜0110｜1001｜0100｜0110｜0011｜1110  
> 1000｜0011｜0000｜0000｜1100｜1000｜0001｜1010

上面这个例子引用自: [InfoQ][]  
可以看到每一位的数据都散开了，并且ConcurrentHashMap中是使用预hash值的高位参与运算的。比如之前说的先将hash值向右按位移动28位，再与15做&运算，得到的结果都别为：4，15，7，8，没有冲突！

# 注意事项 #

*  ConcurrentHashMap中的key和value值都不能为null。
 *  ConcurrentHashMap的整个操作过程中大量使用了Unsafe类来获取Segment/HashEntry，这里Unsafe的主要作用是提供原子操作。Unsafe这个类比较恐怖，破坏力极强，一般场景不建议使用，如果有兴趣可以到这里做详细的了解[Java中鲜为人知的特性][Java]
 *  ConcurrentHashMap是线程安全的类并不能保证使用了ConcurrentHashMap的操作都是线程安全的！

原文地址：http://qifuguang.me/2015/09/10/\[Java并发包学习八\]深度剖析ConcurrentHashMap/

[ConcurrentHashMap.png]: http://7xlune.com1.z0.glb.clouddn.com/images/%E6%B7%B1%E5%85%A5%E5%89%96%E6%9E%90ConcurrentHashMap/ConcurrentHashMap.png
[InfoQ]: http://www.infoq.com/cn/articles/ConcurrentHashMap/
[Java]: http://blog.csdn.net/fenglibing/article/details/17138079