Java并发系列（9）ConcurrentHashMap源码分析

时间  2021-05-02
标签 html node 数组 安全 数据结构 多线程 并发 ssh 函数 高并发 栏目 Java 繁體版
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做者： 劳夫子html

cnblogs.com/liuyun1995/p/8631264.htmlnode

咱们知道哈希表是一种很是高效的数据结构，设计优良的哈希函数可使其上的增删改查操做达到O(1)级别。Java为咱们提供了一个现成的哈希结构，那就是HashMap类，在前面的文章中我曾经介绍过HashMap类，知道它的全部方法都未进行同步，所以在多线程环境中是不安全的。为此，Java为咱们提供了另一个HashTable类，它对于多线程同步的处理很是简单粗暴，那就是在HashMap的基础上对其全部方法都使用synchronized关键字进行加锁。数组

这种方法虽然简单，但致使了一个问题，那就是在同一时间内只能由一个线程去操做哈希表。即便这些线程都只是进行读操做也必需要排队，这在竞争激烈的多线程环境中极为影响性能。本篇介绍的ConcurrentHashMap就是为了解决这个问题的，它的内部使用分段锁将锁进行细粒度化，从而使得多个线程可以同时操做哈希表，这样极大的提升了性能。安全

下图是其内部结构的示意图。数据结构

Java并发系列（9）ConcurrentHashMap源码分析多线程

  1. ConcurrentHashMap有哪些成员变量？

//默认初始化容量
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;并发

//默认加载因子
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;ssh

//默认并发级别
static final int DEFAULT_CONCURRENCY_LEVEL = 16;函数

//集合最大容量
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;高并发

//分段锁的最小数量
static final int MIN_SEGMENT_TABLE_CAPACITY = 2;

//分段锁的最大数量
static final int MAX_SEGMENTS = 1 << 16;

//加锁前的重试次数
static final int RETRIES_BEFORE_LOCK = 2;

//分段锁的掩码值
final int segmentMask;

//分段锁的移位值
final int segmentShift;

//分段锁数组
final Segment<K,V>[] segments;
在阅读完本篇文章以前，相信读者不能理解这些成员变量的具体含义和做用，不过请读者们耐心看下去，后面将会在具体场景中一一介绍到这些成员变量的做用。在这里读者只需对这些成员变量留个眼熟便可。

可是仍有个别变量是咱们如今须要了解的，例如Segment数组表明分段锁集合，并发级别则表明分段锁的数量(也意味有多少线程能够同时操做)，初始化容量表明整个容器的容量，加载因子表明容器元素能够达到多满的一种程度。

  1. 分段锁的内部结构是怎样的？

//分段锁
static final class Segment<K,V> extends ReentrantLock implements Serializable {

//自旋最大次数
static final int MAX_SCAN_RETRIES = Runtime.getRuntime().availableProcessors() > 1 ? 64 : 1;
//哈希表
transient volatile HashEntry<K,V>[] table;
//元素总数
transient int count;
//修改次数
transient int modCount;
//元素阀值
transient int threshold;
//加载因子
final float loadFactor;
//省略如下内容
...

}
Segment是ConcurrentHashMap的静态内部类，能够看到它继承自ReentrantLock，所以它在本质上是一个锁。它在内部持有一个HashEntry数组(哈希表)，而且保证全部对该数组的增删改查方法都是线程安全的，具体是怎样实现的后面会讲到。

全部对ConcurrentHashMap的增删改查操做均可以委托Segment来进行，所以ConcurrentHashMap可以保证在多线程环境下是安全的。又由于不一样的Segment是不一样的锁，因此多线程能够同时操做不一样的Segment，也就意味着多线程能够同时操做ConcurrentHashMap，这样就能避免HashTable的缺陷，从而极大的提升性能。

  1. ConcurrentHashMap初始化时作了些什么？

//核心构造器
@SuppressWarnings("unchecked")
public ConcurrentHashMap(int initialCapacity, float loadFactor, int concurrencyLevel) {

if (!(loadFactor > 0) || initialCapacity < 0 || concurrencyLevel <= 0) {
    throw new IllegalArgumentException();
}
//确保并发级别不大于限定值
if (concurrencyLevel > MAX_SEGMENTS) {
    concurrencyLevel = MAX_SEGMENTS;
}
int sshift = 0;
int ssize = 1;
//保证ssize为2的幂, 且是最接近的大于等于并发级别的数
while (ssize < concurrencyLevel) {
    ++sshift;
    ssize <<= 1;
}
//计算分段锁的移位值
this.segmentShift = 32 - sshift;
//计算分段锁的掩码值
this.segmentMask = ssize - 1;
//总的初始容量不能大于限定值
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) {
    initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
}
//获取每一个分段锁的初始容量
int c = initialCapacity / ssize;
//分段锁容量总和不小于初始总容量
if (c * ssize < initialCapacity) {
    ++c;
}
int cap = MIN_SEGMENT_TABLE_CAPACITY;
//保证cap为2的幂, 且是最接近的大于等于c的数
while (cap < c) {
    cap <<= 1;
}
//新建一个Segment对象模版
Segment<K,V> s0 = new Segment<K,V>(loadFactor, (int)(cap * loadFactor), (HashEntry<K,V>[])new HashEntry[cap]);
//新建指定大小的分段锁数组
Segment<K,V>[] ss = (Segment<K,V>[])new Segment[ssize];
//使用UnSafe给数组第0个元素赋值
UNSAFE.putOrderedObject(ss, SBASE, s0);
this.segments = ss;

}
ConcurrentHashMap有多个构造器，可是上面贴出的是它的核心构造器，其余构造器都经过调用它来完成初始化。核心构造器须要传入三个参数，分别是初始容量，加载因子和并发级别。在前面介绍成员变量时咱们能够知道默认的初始容量为16，加载因子为0.75f，并发级别为16。

如今咱们看到核心构造器的代码，首先是经过传入的concurrencyLevel来计算出ssize，ssize是Segment数组的长度，它必须保证是2的幂，这样就能够经过hash&ssize-1来计算分段锁在数组中的下标。

因为传入的concurrencyLevel不能保证是2的幂，因此不能直接用它来看成Segment数组的长度，所以咱们要找到一个最接近concurrencyLevel的2的幂，用它来做为数组的长度。假如如今传入的concurrencyLevel=15，经过上面代码能够计算出ssize=16，sshift=4。接下来立马能够算出segmentShift=16，segmentMask=15。注意这里的segmentShift是分段锁的移位值，segmentMask是分段锁的掩码值，这两个值是用来计算分段锁在数组中的下标，在下面咱们会讲到。

在算出分段锁的个数ssize以后，就能够根据传入的总容量来计算每一个分段锁的容量，它的值c = initialCapacity / ssize。分段锁的容量也就是HashEntry数组的长度，一样也必须保证是2的幂，而上面算出的c的值不能保证这一点，因此不能直接用c做为HashEntry数组的长度，须要另外找到一个最接近c的2的幂，将这个值赋给cap，而后用cap来做为HashEntry数组的长度。如今咱们有了ssize和cap，就能够新建分段锁数组Segment[]和元素数组HashEntry[]了。注意，与JDK1.6不一样是的，在JDK1.7中只新建了Segment数组，并无对它初始化，初始化Segment的操做留到了插入操做时进行。

  1. 经过怎样的方式来定位锁和定位元素？

//根据哈希码获取分段锁
@SuppressWarnings("unchecked")
private Segment<K,V> segmentForHash(int h) {

long u = (((h >>> segmentShift) & segmentMask) << SSHIFT) + SBASE;
return (Segment<K,V>) UNSAFE.getObjectVolatile(segments, u);

}

//根据哈希码获取元素
@SuppressWarnings("unchecked")
static final <K,V> HashEntry<K,V> entryForHash(Segment<K,V> seg, int h) {

HashEntry<K,V>[] tab;
return (seg == null || (tab = seg.table) == null) ? null :
(HashEntry<K,V>) UNSAFE.getObjectVolatile(tab, ((long)(((tab.length - 1) & h)) << TSHIFT) + TBASE);

}
在JDK1.7中是经过UnSafe来获取数组元素的，所以这里比JDK1.6多了些计算数组元素偏移量的代码，这些代码咱们暂时不关注，如今咱们只需知道下面这两点：

经过哈希码计算分段锁在数组中的下标：(h >>> segmentShift) & segmentMask。

经过哈希码计算元素在数组中的下标：(tab.length - 1) & h。

如今咱们假设传给构造器的两个参数为initialCapacity=128, concurrencyLevel=16。根据计算能够获得ssize=16, sshift=4，segmentShift=28，segmentMask=15。一样，算得每一个分段锁内的HashEntry数组的长度为8，因此tab.length-1=7。根据这些值，咱们经过下图来解释如何根据同一个哈希码来定位分段锁和元素。

Java并发系列（9）ConcurrentHashMap源码分析

能够看到分段锁和元素的定位都是经过元素的哈希码来决定的。定位分段锁是取哈希码的高位值(从32位处取起)，定位元素是取的哈希码的低位值。如今有个问题，它们一个从32位的左端取起，一个从32位的右端取起，那么会在某个时刻产生冲突吗？咱们在成员变量里能够找到MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30，MAX_SEGMENTS = 1 << 16，这说明定位分段锁和定位元素使用的总的位数不超过30，而且定位分段锁使用的位数不超过16，因此至少还隔着2位的空余，所以是不会产生冲突的。

  1. 查找元素具体是怎样实现的？

//根据key获取value
public V get(Object key) {

Segment<K,V> s;
HashEntry<K,V>[] tab;
//使用哈希函数计算哈希码
int h = hash(key);
//根据哈希码计算分段锁的索引
long u = (((h >>> segmentShift) & segmentMask) << SSHIFT) + SBASE;
//获取分段锁和对应的哈希表
if ((s = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObjectVolatile(segments, u)) != null && (tab = s.table) != null) {
    //根据哈希码获取链表头结点, 再对链表进行遍历
    for (HashEntry<K,V> e = (HashEntry<K,V>) UNSAFE.getObjectVolatile
             (tab, ((long)(((tab.length - 1) & h)) << TSHIFT) + TBASE);
         e != null; e = e.next) {
        K k;
        //根据key和hash找到对应元素后返回value值
        if ((k = e.key) == key || (e.hash == h && key.equals(k))) {
            return e.value;
        }
    }
}
return null;

}
在JDK1.6中分段锁的get方法是经过下标来访问数组元素的，而在JDK1.7中是经过UnSafe的getObjectVolatile方法来读取数组中的元素。为啥要这样作？

咱们知道虽然Segment对象持有的HashEntry数组引用是volatile类型的，可是数组内的元素引用不是volatile类型的，所以多线程对数组元素的修改是不安全的，可能会在数组中读取到还没有构造完成的对象。

在JDK1.6中是经过第二次加锁读取来保证安全的，而JDK1.7中经过UnSafe的getObjectVolatile方法来读取一样也是为了保证这一点。使用getObjectVolatile方法读取数组元素须要先得到元素在数组中的偏移量，在这里根据哈希码计算获得分段锁在数组中的偏移量为u，而后经过偏移量u来尝试读取分段锁。因为分段锁数组在构造时没进行初始化，所以可能读出来一个空值，因此须要先进行判断。

在肯定分段锁和它内部的哈希表都不为空以后，再经过哈希码读取HashEntry数组的元素，根据上面的结构图能够看到，这时得到的是链表的头结点。以后再从头至尾的对链表进行遍历查找，若是找到对应的值就将其返回，不然就返回null。以上就是整个查找元素的过程。

  1. 插入元素具体是怎样实现的？

//向集合添加键值对(若存在则替换)
@SuppressWarnings("unchecked")
public V put(K key, V value) {

Segment<K,V> s;
//传入的value不能为空
if (value == null) throw new NullPointerException();
//使用哈希函数计算哈希码
int hash = hash(key);
//根据哈希码计算分段锁的下标
int j = (hash >>> segmentShift) & segmentMask;
//根据下标去尝试获取分段锁
if ((s = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObject(segments, (j << SSHIFT) + SBASE)) == null) {
    //得到的分段锁为空就去构造一个
    s = ensureSegment(j);
}
//调用分段锁的put方法
return s.put(key, hash, value, false);

}

//向集合添加键值对(不存在才添加)
@SuppressWarnings("unchecked")
public V putIfAbsent(K key, V value) {

Segment<K,V> s;
//传入的value不能为空
if (value == null) throw new NullPointerException();
//使用哈希函数计算哈希码
int hash = hash(key);
//根据哈希码计算分段锁的下标
int j = (hash >>> segmentShift) & segmentMask;
//根据下标去尝试获取分段锁
if ((s = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObject(segments, (j << SSHIFT) + SBASE)) == null) {
    //得到的分段锁为空就去构造一个
    s = ensureSegment(j);
}
//调用分段锁的put方法
return s.put(key, hash, value, true);

}
ConcurrentHashMap中有两个添加键值对的方法，经过put方法添加时若是存在则会进行覆盖，经过putIfAbsent方法添加时若是存在则不进行覆盖，这两个方法都是调用分段锁的put方法来完成操做，只是传入的最后一个参数不一样而已。

在上面代码中咱们能够看到首先是根据key的哈希码来计算出分段锁在数组中的下标，而后根据下标使用UnSafe类getObject方法来读取分段锁。因为在构造ConcurrentHashMap时没有对Segment数组中的元素初始化，因此可能读到一个空值，这时会先经过ensureSegment方法新建一个分段锁。获取到分段锁以后再调用它的put方法完成添加操做，下面咱们来看看具体是怎样操做的。

//添加键值对
final V put(K key, int hash, V value, boolean onlyIfAbsent) {

//尝试获取锁, 若失败则进行自旋
HashEntry<K,V> node = tryLock() ? null : scanAndLockForPut(key, hash, value);
V oldValue;
try {
    HashEntry<K,V>[] tab = table;
    //计算元素在数组中的下标
    int index = (tab.length - 1) & hash;
    //根据下标获取链表头结点
    HashEntry<K,V> first = entryAt(tab, index);
    for (HashEntry<K,V> e = first;;) {
        //遍历链表寻找该元素, 找到则进行替换
        if (e != null) {
            K k;
            if ((k = e.key) == key || (e.hash == hash && key.equals(k))) {
                oldValue = e.value;
                //根据参数决定是否替换旧值
                if (!onlyIfAbsent) {
                    e.value = value;
                    ++modCount;
                }
                break;
            }
            e = e.next;
        //没找到则在链表添加一个结点
        } else {
            //将node结点插入链表头部
            if (node != null) {
                node.setNext(first);
            } else {
                node = new HashEntry<K,V>(hash, key, value, first);
            }
            //插入结点后将元素老是加1
            int c = count + 1;
            //元素超过阀值则进行扩容
            if (c > threshold && tab.length < MAXIMUM_CAPACITY) {
                rehash(node);
            //不然就将哈希表指定下标替换为node结点
            } else {
                setEntryAt(tab, index, node);
            }
            ++modCount;
            count = c;
            oldValue = null;
            break;
        }
    }
} finally {
    unlock();
}
return oldValue;

}
为保证线程安全，分段锁中的put操做是须要进行加锁的，因此线程一开始就会去获取锁，若是获取成功就继续执行，若获取失败则调用scanAndLockForPut方法进行自旋，在自旋过程当中会先去扫描哈希表去查找指定的key，若是key不存在就会新建一个HashEntry返回，这样在获取到锁以后就没必要再去新建了，为的是在等待锁的过程当中顺便作些事情，不至于白白浪费时间，可见做者的良苦用心。

具体自旋方法咱们后面再细讲，如今先把关注点拉回来，线程在成功获取到锁以后会根据计算到的下标，获取指定下标的元素。此时获取到的是链表的头结点，若是头结点不为空就对链表进行遍历查找，找到以后再根据onlyIfAbsent参数的值决定是否进行替换。

若是遍历没找到就会新建一个HashEntry指向头结点，此时若是自旋时建立了HashEntry，则直接将它的next指向当前头结点，若是自旋时没有建立就在这里新建一个HashEntry并指向头结点。在向链表添加元素以后检查元素总数是否超过阀值，若是超过就调用rehash进行扩容，没超过的话就直接将数组对应下标的元素引用指向新添加的node。setEntryAt方法内部是经过调用UnSafe的putOrderedObject方法来更改数组元素引用的，这样就保证了其余线程在读取时能够读到最新的值。

  1. 删除元素具体是怎样实现的？

//删除指定元素(找到对应元素后直接删除)
public V remove(Object key) {

//使用哈希函数计算哈希码
int hash = hash(key);
//根据哈希码获取分段锁的索引
Segment<K,V> s = segmentForHash(hash);
//调用分段锁的remove方法
return s == null ? null : s.remove(key, hash, null);

}

//删除指定元素(查找值等于给定值才删除)
public boolean remove(Object key, Object value) {

//使用哈希函数计算哈希码
int hash = hash(key);
Segment<K,V> s;
//确保分段锁不为空才调用remove方法
return value != null && (s = segmentForHash(hash)) != null && s.remove(key, hash, value) != null;

}
ConcurrentHashMap提供了两种删除操做，一种是找到后直接删除，一种是找到后先比较再删除。这两种删除方法都是先根据key的哈希码找到对应的分段锁后，再经过调用分段锁的remove方法完成删除操做。下面咱们来看看分段锁的remove方法。

//删除指定元素
final V remove(Object key, int hash, Object value) {

//尝试获取锁, 若失败则进行自旋
if (!tryLock()) {
    scanAndLock(key, hash);
}
V oldValue = null;
try {
    HashEntry<K,V>[] tab = table;
    //计算元素在数组中的下标
    int index = (tab.length - 1) & hash;
    //根据下标取得数组元素(链表头结点)
    HashEntry<K,V> e = entryAt(tab, index);
    HashEntry<K,V> pred = null;
    //遍历链表寻找要删除的元素
    while (e != null) {
        K k;
        //next指向当前结点的后继结点
        HashEntry<K,V> next = e.next;
        //根据key和hash寻找对应结点
        if ((k = e.key) == key || (e.hash == hash && key.equals(k))) {
            V v = e.value;
            //传入的value不等于v就跳过, 其余状况就进行删除操做
            if (value == null || value == v || value.equals(v)) {
                //若是pred为空则表明要删除的结点为头结点
                if (pred == null) {
                    //从新设置链表头结点
                    setEntryAt(tab, index, next);
                } else {
                    //设置pred结点的后继为next结点
                    pred.setNext(next);
                }
                ++modCount;
                --count;
                //记录元素删除以前的值
                oldValue = v;
            }
            break;
        }
        //若e不是要找的结点就将pred引用指向它
        pred = e;
        //检查下一个结点
        e = next;
    }
} finally {
    unlock();
}
return oldValue;

}
在删除分段锁中的元素时须要先获取锁，若是获取失败就调用scanAndLock方法进行自旋，若是获取成功就执行下一步，首先计算数组下标而后经过下标获取HashEntry数组的元素，这里得到了链表的头结点，接下来就是对链表进行遍历查找，在此以前先用next指针记录当前结点的后继结点，而后对比key和hash看看是不是要找的结点，若是是的话就执行下一个if判断。

知足value为空或者value的值等于结点当前值这两个条件就会进入到if语句中进行删除操做，不然直接跳过。在if语句中执行删除操做时会有两种状况，若是当前结点为头结点则直接将next结点设置为头结点，若是当前结点不是头结点则将pred结点的后继设置为next结点。这里的pred结点表示当前结点的前继结点，每次在要检查下一个结点以前就将pred指向当前结点，这就保证了pred结点老是当前结点的前继结点。

注意，与JDK1.6不一样，在JDK1.7中HashEntry对象的next变量不是final的，所以这里能够经过直接修改next引用的值来删除元素，因为next变量是volatile类型的，因此读线程能够立刻读到最新的值。

  1. 替换元素具体是怎样实现的？

//替换指定元素(CAS操做)
public boolean replace(K key, V oldValue, V newValue) {

//使用哈希函数计算哈希码
int hash = hash(key);
//保证oldValue和newValue不为空
if (oldValue == null || newValue == null) throw new NullPointerException();
//根据哈希码获取分段锁的索引
Segment<K,V> s = segmentForHash(hash);
//调用分段锁的replace方法
return s != null && s.replace(key, hash, oldValue, newValue);

}

//替换元素操做(CAS操做)
final boolean replace(K key, int hash, V oldValue, V newValue) {

//尝试获取锁, 若失败则进行自旋
if (!tryLock()) {
    scanAndLock(key, hash);
}
boolean replaced = false;
try {
    HashEntry<K,V> e;
    //经过hash直接找到头结点而后对链表遍历
    for (e = entryForHash(this, hash); e != null; e = e.next) {
        K k;
        //根据key和hash找到要替换的结点
        if ((k = e.key) == key || (e.hash == hash && key.equals(k))) {
            //若是指定的当前值正确则进行替换
            if (oldValue.equals(e.value)) {
                e.value = newValue;
                ++modCount;
                replaced = true;
            }
            //不然不进行任何操做直接返回
            break;
        }
    }
} finally {
    unlock();
}
return replaced;

}
ConcurrentHashMap一样提供了两种替换操做，一种是找到后直接替换，另外一种是找到后先比较再替换(CAS操做)。这两种操做的实现大体是相同的，只是CAS操做在替换前多了一层比较操做，所以咱们只需简单了解其中一种操做便可。

这里拿CAS操做进行分析，仍是老套路，首先根据key的哈希码找到对应的分段锁，而后调用它的replace方法。进入分段锁中的replace方法后须要先去获取锁，若是获取失败则进行自旋，若是获取成功则进行下一步。首先根据hash码获取链表头结点，而后根据key和hash进行遍历查找，找到了对应的元素以后，比较给定的oldValue是不是当前值，若是不是则放弃修改，若是是则用新值进行替换。因为HashEntry对象的value域是volatile类型的，所以能够直接替换。

  1. 自旋时具体作了些什么？

//自旋等待获取锁(put操做)
private HashEntry<K,V> scanAndLockForPut(K key, int hash, V value) {

//根据哈希码获取头结点
HashEntry<K,V> first = entryForHash(this, hash);
HashEntry<K,V> e = first;
HashEntry<K,V> node = null;
int retries = -1;
//在while循环内自旋
while (!tryLock()) {
    HashEntry<K,V> f;
    if (retries < 0) {
        //若是头结点为空就新建一个node
        if (e == null) {
            if (node == null) {
                node = new HashEntry<K,V>(hash, key, value, null);
            }
            retries = 0;
        //不然就遍历链表定位该结点
        } else if (key.equals(e.key)) {
            retries = 0;
        } else {
            e = e.next;
        }
      //retries每次在这加1, 并判断是否超过最大值
    } else if (++retries > MAX_SCAN_RETRIES) {
        lock();
        break;
      //retries为偶数时去判断first有没有改变
    } else if ((retries & 1) == 0 && (f = entryForHash(this, hash)) != first) {
        e = first = f;
        retries = -1;
    }
}
return node;

}

//自旋等待获取锁(remove和replace操做)
private void scanAndLock(Object key, int hash) {

//根据哈希码获取链表头结点
HashEntry<K,V> first = entryForHash(this, hash);
HashEntry<K,V> e = first;
int retries = -1;
//在while循环里自旋
while (!tryLock()) {
    HashEntry<K,V> f;
    if (retries < 0) {
        //遍历链表定位到该结点
        if (e == null || key.equals(e.key)) {
            retries = 0;
        } else {
            e = e.next;
        }
      //retries每次在这加1, 并判断是否超过最大值
    } else if (++retries > MAX_SCAN_RETRIES) {
        lock();
        break;
      //retries为偶数时去判断first有没有改变
    } else if ((retries & 1) == 0 && (f = entryForHash(this, hash)) != first) {
        e = first = f;
        retries = -1;
    }
}

}
在前面咱们讲到过，分段锁中的put，remove，replace这些操做都会要求先去获取锁，只有成功得到锁以后才能进行下一步操做，若是获取失败就会进行自旋。

自旋操做也是在JDK1.7中添加的，为了不线程频繁的挂起和唤醒，以此提升并发操做时的性能。在put方法中调用的是scanAndLockForPut，在remove和replace方法中调用的是scanAndLock。这两种自旋方法大体是相同的，这里咱们只分析scanAndLockForPut方法。首先仍是先根据hash码得到链表头结点，以后线程会进入while循环中执行，退出该循环的惟一方式是成功获取锁，而在这期间线程不会被挂起。

刚进入循环时retries的值为-1，这时线程不会立刻再去尝试获取锁，而是先去寻找到key对应的结点(没找到会新建一个)，而后再将retries设为0，接下来就会一次次的尝试获取锁，对应retries的值也会每次加1，直到超过最大尝试次数若是还没获取到锁，就会调用lock方法进行阻塞获取。在尝试获取锁的期间，还会每隔一次(retries为偶数)去检查头结点是否被改变，若是被改变则将retries重置回-1，而后再重走一遍刚才的流程。这就是线程自旋时所作的操做，需注意的是若是在自旋时检测到头结点已被改变，则会延长线程的自旋时间。

  1. 哈希表扩容时都作了哪些操做？

//再哈希
@SuppressWarnings("unchecked")
private void rehash(HashEntry<K,V> node) {

//获取旧哈希表的引用
HashEntry<K,V>[] oldTable = table;
//获取旧哈希表的容量
int oldCapacity = oldTable.length;
//计算新哈希表的容量(为旧哈希表的2倍)
int newCapacity = oldCapacity << 1;
//计算新的元素阀值
threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
//新建一个HashEntry数组
HashEntry<K,V>[] newTable = (HashEntry<K,V>[]) new HashEntry[newCapacity];
//生成新的掩码值
int sizeMask = newCapacity - 1;
//遍历旧表的全部元素
for (int i = 0; i < oldCapacity ; i++) {
    //取得链表头结点
    HashEntry<K,V> e = oldTable[i];
    if (e != null) {
        HashEntry<K,V> next = e.next;
        //计算元素在新表中的索引
        int idx = e.hash & sizeMask;
        //next为空代表链表只有一个结点
        if (next == null) {
            //直接把该结点放到新表中
            newTable[idx] = e;
        }else {
            HashEntry<K,V> lastRun = e;
            int lastIdx = idx;
            //定位lastRun结点, 将lastRun以后的结点直接放到新表中
            for (HashEntry<K,V> last = next; last != null; last = last.next) {
                int k = last.hash & sizeMask;
                if (k != lastIdx) {
                    lastIdx = k;
                    lastRun = last;
                }
            }
            newTable[lastIdx] = lastRun;
            //遍历在链表lastRun结点以前的元素, 将它们依次复制到新表中
            for (HashEntry<K,V> p = e; p != lastRun; p = p.next) {
                V v = p.value;
                int h = p.hash;
                int k = h & sizeMask;
                HashEntry<K,V> n = newTable[k];
                newTable[k] = new HashEntry<K,V>(h, p.key, v, n);
            }
        }
    }
}
//计算传入结点在新表中的下标
int nodeIndex = node.hash & sizeMask;
//将传入结点添加到链表头结点
node.setNext(newTable[nodeIndex]);
//将新表指定下标元素换成传入结点
newTable[nodeIndex] = node;
//将哈希表引用指向新表
table = newTable;

}
rehash方法在put方法中被调用，咱们知道在put方法时会新建元素并添加到哈希数组中，随着元素的增多发生哈希冲突的可能性越大，哈希表的性能也会随之降低。所以每次put操做时都会检查元素总数是否超过阀值，若是超过则调用rehash方法进行扩容。

由于数组长度一旦肯定则不能再被改变，所以须要新建一个数组来替换原先的数组。从代码中能够知道新建立的数组长度为原数组的2倍(oldCapacity << 1)。建立好新数组后须要将旧数组中的全部元素移到新数组中，所以须要计算每一个元素在新数组中的下标。计算新下标的过程以下图所示。

Java并发系列（9）ConcurrentHashMap源码分析

咱们知道下标直接取的是哈希码的后几位，因为新数组的容量是直接用旧数组容量右移1位得来的，所以掩码位数向右增长1位，取到的哈希码位数也向右增长1位。如上图，若旧的掩码值为111，则元素下标为101，扩容后新的掩码值为1111，则计算出元素的新下标为0101。

因为同一条链表上的元素下标是相同的，如今假设链表全部元素的下标为101，在扩容后该链表元素的新下标只有0101或1101这两种状况，所以数组扩容会打乱原先的链表并将链表元素分红两批。在计算出新下标后须要将元素移动到新数组中，在HashMap中经过直接修改next引用致使了多线程的死锁。

虽然在ConcurrentHashMap中经过加锁避免了这种状况，可是咱们知道next域是volatile类型的，它的改动能立马被读线程读取到，所以为保证线程安全采用复制元素来迁移数组。可是对链表中每一个元素都进行复制有点影响性能，做者发现链表尾部有许多元素的next是不变的，它们在新数组中的下标是相同的，所以能够考虑总体移动这部分元素。具统计实际操做中只有1/6的元素是必须复制的，因此总体移动链表尾部元素(lastRun后面的元素)是能够提高必定性能的。

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