深入分析ConcurrentHashMap1.8的扩容实现

1、深入浅出ConcurrentHashMap(1.8)
2、谈谈ConcurrentHashMap1.7和1.8的不同实现
3、ConcurrentHashMap的红黑树实现分析

ConcurrentHashMap相关的文章写了不少,有个遗留问题一直没有分析,也被好多人请教过,被搁置在一旁,即如何在并发的情况下实现数组的扩容。

什么情况会触发扩容

当往hashMap中成功插入一个key/value节点时,有可能触发扩容动作:
1、如果新增节点之后,所在链表的元素个数达到了阈值 8,则会调用treeifyBin方法把链表转换成红黑树,不过在结构转换之前,会对数组长度进行判断,实现如下:

如果数组长度n小于阈值MIN_TREEIFY_CAPACITY,默认是64,则会调用tryPresize方法把数组长度扩大到原来的两倍,并触发transfer方法,重新调整节点的位置。

2、新增节点之后,会调用addCount方法记录元素个数,并检查是否需要进行扩容,当数组元素个数达到阈值时,会触发transfer方法,重新调整节点的位置。

transfer实现

transfer方法实现了在并发的情况下,高效的从原始组数往新数组中移动元素,假设扩容之前节点的分布如下,这里区分蓝色节点和红色节点,是为了后续更好的分析:

在上图中,第14个槽位插入新节点之后,链表元素个数已经达到了8,且数组长度为16,优先通过扩容来缓解链表过长的问题,实现如下:
1、根据当前数组长度n,新建一个两倍长度的数组nextTable

2、初始化ForwardingNode节点,其中保存了新数组nextTable的引用,在处理完每个槽位的节点之后当做占位节点,表示该槽位已经处理过了;

3、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ibound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;

4、在当前假设条件下,槽位15中没有节点,则通过CAS插入在第二步中初始化的ForwardingNode节点,用于告诉其它线程该槽位已经处理过了;

5、如果槽位15已经被线程A处理了,那么线程B处理到这个节点时,取到该节点的hash值应该为MOVED,值为-1,则直接跳过,继续处理下一个槽位14的节点;

6、处理槽位14的节点,是一个链表结构,先定义两个变量节点lnhn,按我的理解应该是lowNodehighNode,分别保存hash值的第X位为0和1的节点,具体实现如下:

使用fn&n可以快速把链表中的元素区分成两类,A类是hash值的第X位为0,B类是hash值的第X位为1,并通过lastRun记录最后需要处理的节点,A类和B类节点可以分散到新数组的槽位14和30中,在原数组的槽位14中,蓝色节点第X为0,红色节点第X为1,把链表拉平显示如下:

1、通过遍历链表,记录runBitlastRun,分别为1和节点6,所以设置hn为节点6,ln为null;
2、重新遍历链表,以lastRun节点为终止条件,根据第X位的值分别构造ln链表和hn链表:

ln链:和原来链表相比,顺序已经不一样了

hn链:

通过CAS把ln链表设置到新数组的i位置,hn链表设置到i+n的位置;

7、如果该槽位是红黑树结构,则构造树节点lohi,遍历红黑树中的节点,同样根据hash&n算法,把节点分为两类,分别插入到lohi为头的链表中,根据lohi链表中的元素个数分别生成lnhn节点,其中ln节点的生成逻辑如下:
(1)如果lo链表的元素个数小于等于UNTREEIFY_THRESHOLD,默认为6,则通过untreeify方法把树节点链表转化成普通节点链表;
(2)否则判断hi链表中的元素个数是否等于0:如果等于0,表示lo链表中包含了所有原始节点,则设置原始红黑树给ln,否则根据lo链表重新构造红黑树。

最后,同样的通过CAS把ln设置到新数组的i位置,hn设置到i+n位置。



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