多线程(十六、ConcurrentHashMap原理(3)扩容)
ConcurrentHashMap在处理rehash的时候,并不会重新计算每个key的hash值,而是利用了一种很巧妙的方法。1、ConcurrentHashMap内部的table数组的大小必须为2的幂次,原因是让key均匀分布,减少冲突2、当table数组的大小为2的幂次时,通过key.hash & table.length-1这种方式计算出的索引i,当table扩容后(2倍),新的索引要么在原来的位置i,要么是i+n,n为扩容之前的容量。3、这种处理方式非常利于扩容时多个线程同时进行的数据迁移操作,因为旧table的各个桶中的结点迁移不会互相影响,将整个table数组划分为很多部分,每一部分包含一定区间的桶,每个数据迁移线程处理各自区间中的结点
什么时候扩容?链表的结点数目超过一定阈值,就会触发链表 -> 红黑树的转换,执行treeifyBin方法。
/** * 链表 -> 红黑树 的转换. */private final void treeifyBin(Node<K, V>[] tab, int index) { Node<K, V> b; int n, sc; if (tab != null) { // CASE 1: table的容量 < MIN_TREEIFY_CAPACITY(64)时,直接table扩容,不红黑树转换 if ((n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY) tryPresize(n << 1); //左移一位,就是*2,扩容2倍 // CASE 2: table的容量 ≥ MIN_TREEIFY_CAPACITY(64)时,链表 -> 红黑树的转换 else if ((b = tabAt(tab, index)) != null && b.hash >= 0) { synchronized (b) { if (tabAt(tab, index) == b) { TreeNode<K, V> hd = null, tl = null; // 遍历链表,建立红黑树 for (Node<K, V> e = b; e != null; e = e.next) { TreeNode<K, V> p = new TreeNode<K, V>(e.hash, e.key, e.val, null, null); if ((p.prev = tl) == null) hd = p; else tl.next = p; tl = p; } // 封装TreeBin,并链接到table[index]中 setTabAt(tab, index, new TreeBin<K, V>(hd)); } } } }}
扩容函数tryPresize
private final void tryPresize(int size) { //动态调整扩容的大小 int c = (size >= (MAXIMUM_CAPACITY >>> 1)) ? MAXIMUM_CAPACITY : tableSizeFor(size + (size >>> 1) + 1); int sc; while ((sc = sizeCtl) >= 0) { //大于等于0代表,初始化或者扩容后的(table*负载因子)的桶数量 Node<K,V>[] tab = table; int n; //Case1,table没有初始化,先初始化 if (tab == null || (n = tab.length) == 0) { n = (sc > c) ? sc : c; //设置SIZECTL为-1代表,初始化或者扩容进行中 if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) { try { if (table == tab) { Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n];//生成新的table table = nt; sc = n - (n >>> 2); //n-(n/4) = 0.75n,也就是负载因子 } } finally { sizeCtl = sc; //设置sizeCtl为扩容后的桶*负载因子 } } } //Case2, c<sc说明已经扩容了;n>=MAXIMUM_CAPACITY,说明桶超限了。 else if (c <= sc || n >= MAXIMUM_CAPACITY) break; //Case3,开始扩容 else if (tab == table) { int rs = resizeStamp(n);//根据容量n生成一个随机数,唯一标识本次扩容操作 if (sc < 0) { //sc<0,说明sizeCtl<0,代表有别的线程正在进行扩容 Node<K,V>[] nt; //不能协助扩容,退出 if ((sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs || sc == rs + 1 || sc == rs + MAX_RESIZERS || (nt = nextTable) == null || transferIndex <= 0) break; //加入扩容的队伍,同时sizeCtl+1,此时sizeCtl代表扩容的线程数量 if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1)) transfer(tab, nt); } //设置sizeCtl为负数,代表自己是第一个扩容的线程,CAS操作保证只有一个线程安全 else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, (rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2)) transfer(tab, null); //null代表首次扩容 } } }
数据迁移方法transfer
/** * tab, 旧table * nextTAB 扩容后的table */ private final void transfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V>[] nextTab) { int n = tab.length, stride; //每个线程负责迁移table一个区间段的桶的个数,最少是16个 if ((stride = (NCPU > 1) ? (n >>> 3) / NCPU : n) < MIN_TRANSFER_STRIDE) stride = MIN_TRANSFER_STRIDE; // subdivide range //首次扩容 if (nextTab == null) { // initiating try { //创建新的table,默认n*2 Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n << 1]; nextTab = nt; } catch (Throwable ex) { // try to cope with OOME sizeCtl = Integer.MAX_VALUE; return; } nextTable = nextTab; transferIndex = n; //要迁移的桶的个数 } int nextn = nextTab.length; //创建扩容节点,当某个桶迁移完成后,放入table[i],标记桶扩容完成 ForwardingNode<K,V> fwd = new ForwardingNode<K,V>(nextTab); boolean advance = true; //为true,表示当前桶迁移完成,可以继续处理下一个桶 boolean finishing = false; // 最后一个数据迁移的线程将该值置为true,进行扩容的收尾工作 //i桶索引,bound就是线程要处理的另一个区间边界 for (int i = 0, bound = 0;;) { Node<K,V> f; int fh; //定位本轮处理区间【transferIndex-1,transferIndex-stride】 while (advance) { int nextIndex, nextBound; if (--i >= bound || finishing) advance = false; else if ((nextIndex = transferIndex) <= 0) { i = -1; advance = false; } else if (U.compareAndSwapInt (this, TRANSFERINDEX, nextIndex, nextBound = (nextIndex > stride ? nextIndex - stride : 0))) { bound = nextBound; i = nextIndex - 1; advance = false; } } //Case1,最后一个迁移线程或者是线程出现了冲突,导致了i<0 if (i < 0 || i >= n || i + n >= nextn) { int sc; if (finishing) { //迁移完成 nextTable = null; table = nextTab; sizeCtl = (n << 1) - (n >>> 1); return; } //扩容线程数减1,当前线程任务已执行完成 if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc = sizeCtl, sc - 1)) { //判断是否最后一个迁移线程,不是则退出 if ((sc - 2) != resizeStamp(n) << RESIZE_STAMP_SHIFT) return; finishing = advance = true; //最后一个线程,还原i值,重新进行检查,是否全部迁移完成,应该所有桶都是ForwardingNode i = n; // recheck before commit } } // CASE2:旧桶本身为null,不用迁移,放一个ForwardingNode else if ((f = tabAt(tab, i)) == null) advance = casTabAt(tab, i, null, fwd); //CASE3:该旧桶已经迁移完成,直接跳过,hash==moved 代表ForwardingNode else if ((fh = f.hash) == MOVED) advance = true; // already processed else { // CASE4:该旧桶未迁移完成,进行数据迁移,加锁 synchronized (f) { if (tabAt(tab, i) == f) { Node<K,V> ln, hn; if (fh >= 0) { //桶是链表,迁移链表 /** * 下面的过程会将旧桶中的链表分成两部分:ln链和hn链 * ln链会插入到新table的槽i中,hn链会插入到新table的槽i+n中 */ int runBit = fh & n; Node<K,V> lastRun = f; for (Node<K,V> p = f.next; p != null; p = p.next) { int b = p.hash & n; if (b != runBit) { runBit = b; lastRun = p; } } if (runBit == 0) { ln = lastRun; hn = null; } else { hn = lastRun; ln = null; } for (Node<K,V> p = f; p != lastRun; p = p.next) { int ph = p.hash; K pk = p.key; V pv = p.val; if ((ph & n) == 0) ln = new Node<K,V>(ph, pk, pv, ln); else hn = new Node<K,V>(ph, pk, pv, hn); } setTabAt(nextTab, i, ln); // ln链表存入新桶的索引i位置 setTabAt(nextTab, i + n, hn); // hn链表存入新桶的索引i+n位置 setTabAt(tab, i, fwd); // 设置ForwardingNode占位 advance = true; // 表示当前旧桶的结点已迁移完毕 } else if (f instanceof TreeBin) { //红黑树迁移 TreeBin<K,V> t = (TreeBin<K,V>)f; TreeNode<K,V> lo = null, loTail = null; TreeNode<K,V> hi = null, hiTail = null; /** * 先以链表方式遍历,复制所有结点,然后根据高低位组装成两个链表; * 然后看下是否需要进行红黑树转换,最后放到新table对应的桶中 */ int lc = 0, hc = 0; for (Node<K,V> e = t.first; e != null; e = e.next) { int h = e.hash; TreeNode<K,V> p = new TreeNode<K,V> (h, e.key, e.val, null, null); if ((h & n) == 0) { if ((p.prev = loTail) == null) lo = p; else loTail.next = p; loTail = p; ++lc; } else { if ((p.prev = hiTail) == null) hi = p; else hiTail.next = p; hiTail = p; ++hc; } } // 判断是否需要进行 红黑树 <-> 链表 的转换 ln = (lc <= UNTREEIFY_THRESHOLD) ? untreeify(lo) : (hc != 0) ? new TreeBin<K,V>(lo) : t; hn = (hc <= UNTREEIFY_THRESHOLD) ? untreeify(hi) : (lc != 0) ? new TreeBin<K,V>(hi) : t; setTabAt(nextTab, i, ln); setTabAt(nextTab, i + n, hn); setTabAt(tab, i, fwd);// 设置ForwardingNode占位 advance = true; // 表示当前旧桶的结点已迁移完毕 } } } } } }
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