高阶面试-concurrentHashMap的整理

算不上死磕，里面太痛苦了，现在很多位移等操作还看不懂，只是先理清大致思路，面试用

concurrentHashMap的实现原理

为啥会用到？并发安全。之前都用的hashtable实现线程安全的map，但是太过笨重，不管是put还是get都直接synchronized锁住。性能低。在jdk1.5 Doug Lea搞了个concurrentHashMap。

那它是如何实现线程安全呢？
jdk1.7 采用reentrantLock+segment
jdk1.8 采用 synchronized+cas

segment有什么好处？给每个segment加锁，当一个线程用一个锁访问其中一个段的时候，其他段的数据也可以被其他线程访问，实现真正的并发访问。

那1.8呢，为啥改用synchronized+cas了？底层是hashMap，也就是数组+链表+红黑树，ConcurrentHashMap采用Node类作为基本的存储单元，每个键值对(key-value)都存储在一个Node中，使用了volatile关键字修饰value和next，保证并发的可见性。

put方法

流程：
如果key或者value为null，抛空指针异常，这点和hashMap不同

static final int spread(int h) {  // 和hashMap类似，先扰动算法，hash异或自身右移16位得到更离散的hash值  // 然后跟 32位最大正整数做与运算，确保最高位是0，避免hash值为1导致可能的数组越界return (h ^ (h >>> 16)) & HASH_BITS;  
}

如果table为null或者table的长度为0，则初始化table，里面也用到CAS自旋

if (tab == null || (n = tab.length) == 0)tab = initTable(); 

不为空，和hashMap类似，找桶中的位置，(n-1)&hash 通过tableAt这个CAS方法查看该位置是否有元素，没有，casTabAt()方法CAS操作将元素插入到Hash表

else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {if (casTabAt(tab, i, null,new Node<K,V>(hash, key, value, null)))  // 桶内为空，CAS 放入，不加锁，成功了就直接 break 跳出break; 

如果有元素，发生了hash冲突，如果hash==MOVED说明正在扩容，resize；否则使用synchronized同步块上锁当前节点Node，插入也是三类，如果相同value，替换；如果红黑树，红黑树处理，如果一直没得，链表尾插。
执行完synchronized(f)同步代码块之后会检查binCount,如果大于等于TREEIFY_THRESHOLD = 8则进行treeifyBin操作尝试将该链表转换为红黑树

最后执行了一个addCount方法,主要用于统计数量以及决定是否需要扩容，在并发模式下，没有用CAS计数，而是分治的思想，定义了一个数组来计数，每次线程需要计数的时候，都通过随机的方式获取一个数组下标的位置进行操作，这样就可以尽可能的降低了锁的粒度，最后获取 size 时，则通过遍历数组来实现计数，当然具体CounterCell里面也用到CAS。

扩容

addCount 在添加元素数量的同时，也会判断当前 ConcurrentHashMap 的大小是否达到了扩容的阈值，如果达到，需要扩容。扩容也支持多线程同时进行。

满足扩容条件之后，采用的是分段扩容法，即每个线程负责一段，默认最小是 16，也就是说如果 ConcurrentHashMap 中只有 16 个槽位，那么就只会有一个线程参与扩容。如果大于 16 则根据当前 CPU 数来进行分配，最大参与扩容线程数不会超过 CPU 数

参考

1. ConcurrentHashMap面试十连问，你能扛到第几问?
2. 面试：为了进阿里，死磕了ConcurrentHashMap源码和面试题(一)