一、導(dǎo)論

這些天一直在看關(guān)于多線程和高并發(fā)的書籍，也對(duì)jdk中的并發(fā)措施了解了些許，看到concurrentHashMap的時(shí)候感覺知識(shí)點(diǎn)很亂，有必要寫篇博客整理記錄一下。

當(dāng)資源在多線程下共享時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些邏輯問題，這個(gè)時(shí)候類或者方法會(huì)產(chǎn)生不符合正常邏輯的結(jié)果，則不是線程安全的?？v觀jdk的版本更新，可以看到j(luò)dk的開發(fā)人員在高并發(fā)和多線程下了很大的功夫，盡可能的通過jdk原生API來給開發(fā)人員帶來最方便最輕松的高并發(fā)數(shù)據(jù)模型，甚至想完全為開發(fā)人員解決并發(fā)問題，可以看得出來jdk的開發(fā)人員確實(shí)很用心。但是在大量業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的邏輯代碼的情況下高并發(fā)還是不可避免，也不可能完全通過jdk原生的并發(fā)API去解決這些并發(fā)問題，開發(fā)人員不得不自己去空值在高并發(fā)環(huán)境下的數(shù)據(jù)高可用性和一致性。

前面說了jdk原生的API已經(jīng)有了很多的高并發(fā)產(chǎn)品，在java.util.concurrent包下有很多解決高并發(fā)，高吞吐量，多線程問題的API。比如線程池ThreadPoolExecutor，線程池工廠Executors，F(xiàn)uture模式下的接口Future，阻塞隊(duì)列BlockingQueue等等。

二、正文

1、數(shù)據(jù)的可見性

直接進(jìn)入正題，concurrentHashMap相信用的人也很多，因?yàn)樵跀?shù)據(jù)安全性上確實(shí)比HashMap好用，在性能上比hashtable也好用。大家都知道線程在操作一個(gè)變量的時(shí)候，比如i++，jvm執(zhí)行的時(shí)候需要經(jīng)過兩個(gè)內(nèi)存，主內(nèi)存和工作內(nèi)存。那么在線程A對(duì)i進(jìn)行加1的時(shí)候，它需要去主內(nèi)存拿到變量值，這個(gè)時(shí)候工作內(nèi)存中便有了一個(gè)變量數(shù)據(jù)的副本，執(zhí)行完這些之后，再去對(duì)變量真正的加1，但是此時(shí)線程B也要操作變量，并且邏輯上也是沒有維護(hù)多線程訪問的限制，則很有可能在線程A在從主內(nèi)存獲取數(shù)據(jù)并在修改的時(shí)候線程B去主內(nèi)存拿數(shù)據(jù)，但是這個(gè)時(shí)候主內(nèi)存的數(shù)據(jù)還沒有更新，A線程還沒有來得及講加1后的變量回填到主內(nèi)存，這個(gè)時(shí)候變量在這兩個(gè)線程操作的情況下就會(huì)發(fā)生邏輯錯(cuò)誤。

2、原子性

原子性就是當(dāng)某一個(gè)線程A修改i的值的時(shí)候，從取出i到將新的i的值寫給i之間線程B不能對(duì)i進(jìn)行任何操作。也就是說保證某個(gè)線程對(duì)i的操作是原子性的，這樣就可以避免數(shù)據(jù)臟讀。

3、volatile的作用

Volatile保證了數(shù)據(jù)在多線程之間的可見性，每個(gè)線程在獲取volatile修飾的變量時(shí)候都回去主內(nèi)存獲取，所以當(dāng)線程A修改了被volatile修飾的數(shù)據(jù)后其他線程看到的一定是修改過后最新的數(shù)據(jù)，也是因?yàn)関olatile修飾的變量數(shù)據(jù)每次都要去主內(nèi)存獲取，在性能上會(huì)有些犧牲。

4、措施

HashMap在多線程的場(chǎng)景下是不安全的，hashtable雖然是在數(shù)據(jù)表上加鎖，縱然數(shù)據(jù)安全了，但是性能方面確實(shí)不如HashMap。那么來看看concurrentHashMap是如何解決這些問題的。

concurrentHashMap由多個(gè)segment組成，每一個(gè)segment都包含了一個(gè)HashEntry數(shù)組的hashtable， 每一個(gè)segment包含了對(duì)自己的hashtable的操作，比如get，put，replace等操作(這些操作與HashMap邏輯都是一樣的，不同的是concurrentHashMap在執(zhí)行這些操作的時(shí)候加入了重入鎖ReentrantLock)，這些操作發(fā)生的時(shí)候，對(duì)自己的hashtable進(jìn)行鎖定。由于每一個(gè)segment寫操作只鎖定自己的hashtable，所以可能存在多個(gè)線程同時(shí)寫的情況，性能無疑好于只有一個(gè)hashtable鎖定的情況。通俗的講就是concurrentHashMap由多個(gè)hashtable組成。

5、源碼

看下concurrentHashMap的remove操作

大學(xué)生就業(yè)培訓(xùn),高中生培訓(xùn),在職人員轉(zhuǎn)行培訓(xùn),企業(yè)團(tuán)訓(xùn)

V remove(Object key, int hash, Object value) {
            lock();//重入鎖
            try {                int c = count - 1;
                HashEntry<K,V>[] tab = table;                int index = hash & (tab.length - 1);
                HashEntry<K,V> first = tab[index];
                HashEntry<K,V> e = first;                while (e != null && (e.hash != hash || !key.equals(e.key)))
                    e = e.next;

                V oldValue = null;                if (e != null) {
                    V v = e.value;                    if (value == null || value.equals(v)) {
                        oldValue = v;                        // All entries following removed node can stay                        // in list, but all preceding ones need to be                        // cloned.
                        ++modCount;
                        HashEntry<K,V> newFirst = e.next;                        for (HashEntry<K,V> p = first; p != e; p = p.next)
                            newFirst = new HashEntry<K,V>(p.key, p.hash,
                                                          newFirst, p.value);
                        tab[index] = newFirst;
                        count = c; // write-volatile                    }
                }                return oldValue;
            } finally {
                unlock();//釋放鎖            }
        }

大學(xué)生就業(yè)培訓(xùn),高中生培訓(xùn),在職人員轉(zhuǎn)行培訓(xùn),企業(yè)團(tuán)訓(xùn)

Count是被volatile所修飾，保證了count的可見性，避免操作數(shù)據(jù)的時(shí)候產(chǎn)生邏輯錯(cuò)誤。segment中的remove操作和HashMap大致一樣，HashMap沒有l(wèi)ock()和unlock()操作。

看下concurrentHashMap的get源碼

大學(xué)生就業(yè)培訓(xùn),高中生培訓(xùn),在職人員轉(zhuǎn)行培訓(xùn),企業(yè)團(tuán)訓(xùn)

V get(Object key, int hash) {            if (count != 0) { // read-volatile
                HashEntry<K,V> e = getFirst(hash);
　　　　　　　　//如果沒有找到則直接返回null
                while (e != null) {                    if (e.hash == hash && key.equals(e.key)) {
　　　　　　　　　　　　//由于沒有加鎖，在get的過程中，可能會(huì)有更新，拿到的key對(duì)應(yīng)的value可能為null，需要單獨(dú)判斷一遍
                        V v = e.value;
　　　　　　　　　　　　//如果value為不為null，則返回獲取到的value
                        if (v != null)                            return v;                        return readValueUnderLock(e); // recheck                    }
                    e = e.next;
                }
            }            return null;
        }

大學(xué)生就業(yè)培訓(xùn),高中生培訓(xùn),在職人員轉(zhuǎn)行培訓(xùn),企業(yè)團(tuán)訓(xùn)

關(guān)于concurrentHashMap的get的相關(guān)說明已經(jīng)在上面代碼中給出了注釋，這里就不多說了。

看下concurrentHashMap中的put

大學(xué)生就業(yè)培訓(xùn),高中生培訓(xùn),在職人員轉(zhuǎn)行培訓(xùn),企業(yè)團(tuán)訓(xùn)

public V put(K key, V value) {        if (value == null)            throw new NullPointerException();        int hash = hash(key.hashCode());        return segmentFor(hash).put(key, hash, value, false);
}

大學(xué)生就業(yè)培訓(xùn),高中生培訓(xùn),在職人員轉(zhuǎn)行培訓(xùn),企業(yè)團(tuán)訓(xùn)

可以看到concurrentHashMap不允許key或者value為null

接下來看下segment的put

大學(xué)生就業(yè)培訓(xùn),高中生培訓(xùn),在職人員轉(zhuǎn)行培訓(xùn),企業(yè)團(tuán)訓(xùn)

V put(K key, int hash, V value, boolean onlyIfAbsent) {
            lock();            try {                int c = count;                if (c++ > threshold) // ensure capacity                    rehash();
                HashEntry<K,V>[] tab = table;                int index = hash & (tab.length - 1);
                HashEntry<K,V> first = tab[index];
                HashEntry<K,V> e = first;                while (e != null && (e.hash != hash || !key.equals(e.key)))
                    e = e.next;

                V oldValue;                if (e != null) {
                    oldValue = e.value;                    if (!onlyIfAbsent)
                        e.value = value;
                }                else {
                    oldValue = null;                    ++modCount;
                    tab[index] = new HashEntry<K,V>(key, hash, first, value);
                    count = c; // write-volatile                }                return oldValue;
            } finally {
                unlock();
            }
        }

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 同樣也是加入了重入鎖，其他的基本和HashMap邏輯差不多。值得一提的是jdk8中添加的中的putval，這里就不多說了。

三、總結(jié)

ConcurrentHashmap將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為了多個(gè)Segment，也是使用重入鎖來解決高并發(fā)，講他分為多個(gè)segment是為了減小鎖的力度，添加的時(shí)候加了鎖，索引的時(shí)候沒有加鎖，使用volatile修飾count是為了保持count的可見性，都是jdk為了解決并發(fā)和多線程操作的常用手段。

作者：當(dāng)代唐寅 只是向上走，不必聽自暴自棄者流的話。能做事的做事，能發(fā)聲的發(fā)聲。有一分熱，發(fā)一分光，就令螢火一般，也可以在黑暗里發(fā)一點(diǎn)光，不必等候炬火。此后如竟沒有炬火，我便是唯一的光。 ——魯迅《熱風(fēng)》

出處：http://www.cnblogs.com/mxlandxt/

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