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前言

在多线程并发编程中，HashMap 并不是线程安全的，而 Hashtable 虽然线程安全，但由于其使用 synchronized 修饰所有方法，导致并发性能极差。为了解决这一问题，ConcurrentHashMap 应运而生。

ConcurrentHashMap 是一个线程安全且性能效率比较高的 Map 集合。它利用 synchronized、volatile、CAS 等机制实现线程安全，同时最大程度地减少了锁竞争对性能的影响。

本文总结ConcurrentHashMap 的数据结构演变，并对其核心的 putVal() 和 get() 方法源码进行解读。

一、数据结构

在 JDK1.8 中，ConcurrentHashMap 摒弃了 Segment 分段锁的设计，数据结构演变为 数组 + 链表 + 红黑树。

• 原理：它使用 synchronized 和 CAS 来进行并发控制。允许多个线程并发访问 ConcurrentHashMap。
• 锁粒度：只有在产生哈希冲突后，synchronized 才会锁定产生哈希冲突的链表或红黑二叉树的头节点，极大地控制了锁的范围。
• 优势：只要不产生哈希冲突，就不会产生锁竞争，极大提高了并发效率。最大并发数量等于数组的大小（Node 数组的长度）。

二、putVal() 方法解读

putVal() 是 ConcurrentHashMap 添加元素的核心方法（在 JDK1.8 中，put() 方法直接调用 putVal()）。

1.核心思路

1. 计算 hash 值，判断数组是否初始化，未初始化则进行初始化。
2. 如果当前数组索引位置为空，利用 CAS 操作直接插入节点（无需加锁）。
3. 如果当前位置不为空（发生哈希冲突），使用 synchronized 锁定当前节点。
4. 判断当前节点是链表还是红黑树，进行相应的遍历插入或更新操作。
5. 如果链表长度达到阈值，转换为红黑树。
6. 最后更新元素个数，并判断是否需要扩容。

1.关键源码解析

代码如下（示例）：

finalVputVal(Kkey,Vvalue,booleanonlyIfAbsent){if(key==null||value==null)thrownewNullPointerException();inthash=spread(key.hashCode());// 1. 计算hash值intbinCount=0;for(Node<K,V>[]tab=table;;){Node<K,V>f;intn,i,fh;// 2. 判断数组是否为空，为空则初始化if(tab==null||(n=tab.length)==0)tab=initTable();// 3. 如果当前索引位置为空，使用CAS无锁插入elseif((f=tabAt(tab,i=(n-1)&hash))==null){if(casTabAt(tab,i,null,newNode<K,V>(hash,key,value,null)))break;// 插入成功，跳出循环}// 4. 如果当前节点正在扩容（hash值为MOVED），帮助扩容elseif((fh=f.hash)==MOVED)tab=helpTransfer(tab,f);// 5. 发生哈希冲突，锁定当前头节点else{VoldVal=null;synchronized(f){// 只锁当前链表或红黑树的头节点if(tabAt(tab,i)==f){if(fh>=0){// 当前节点是链表节点binCount=1;for(Node<K,V>e=f;;++binCount){Kek;// 如果找到相同key，覆盖valueif(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;// 遍历到链表尾部，插入新节点if((e=e.next)==null){pred.next=newNode<K,V>(hash,key,value,null);break;}}}elseif(finstanceofTreeBin){// 当前节点是红黑树节点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){// 6. 如果链表长度达到阈值(8)，转换为红黑树if(binCount>=TREEIFY_THRESHOLD)treeifyBin(tab,i);if(oldVal!=null)returnoldVal;break;}}}// 7. 元素个数加1，并检查是否需要扩容addCount(1L,binCount);returnnull;}

三、get() 方法解读

get() 方法的设计相对简单，因为它的读取操作是不加锁的，这得益于 Node 节点中 val 和 next 指针都被 volatile 修饰，保证了内存可见性。

1.核心思路

1. 计算 hash 值。
2. 如果数组为空或当前索引位置为空，直接返回 null。
3. 如果首节点匹配，直接返回首节点的值。
4. 如果首节点 hash 值小于 0（说明是红黑树节点或正在扩容），调用对应的 find() 方法查找。
5. 如果首节点是普通链表节点，遍历链表查找匹配的 key。

2.关键源码解析

代码如下（示例）：

publicVget(Objectkey){Node<K,V>[]tab;Node<K,V>e,p;intn,eh;Kek;inth=spread(key.hashCode());// 1. 计算hash值// 2. 判断数组是否为空，以及当前索引位置是否有节点if((tab=table)!=null&&(n=tab.length)>0&&(e=tabAt(tab,(n-1)&h))!=null){// 3. 如果首节点的hash值和key都匹配，直接返回if((eh=e.hash)==h){if((ek=e.key)==key||(ek!=null&&key.equals(ek)))returne.val;}// 4. 如果首节点hash值小于0，说明是红黑树节点(TreeBin)或ForwardingNodeelseif(eh<0)return(p=e.find(h,key))!=null?p.val:null;// 5. 遍历链表查找while((e=e.next)!=null){if(e.hash==h&&((ek=e.key)==key||(ek!=null&&key.equals(ek))))returne.val;}}returnnull;}

该处使用的url网络请求的数据。