阿里面试题：ConcurrentHashMap为什么是线程安全的？
ConcurrentHashMap,其实是线程安全的HashMap,所以阅读ConcurrentHashMap,建议
先阅读一下两篇介绍HashMap的文章
你真的懂大厂面试题：HashMap吗？
jdk1.7 HashMap中的致命错误：循环链表
jdk1.7 ConcurrentHashMap jdk1.7 ConcurrentHashMap数据结构jdk1.7 ConcurrentHashMap是由一个Segment数组和多个HashEntry数组组成
其实就是将HashMap分为多个小HashMap,每个Segment元素维护一个小HashMap,目的是锁分离，本来实现同步，直接可以是对整个HashMap加锁，但是加锁粒度太大，影响并发性能，所以变换成此结构，仅仅对Segment元素加锁，降低锁粒度，提高并发性能。
初始化过程由于变换成Segment数组+HashEntry数组，所以初始化时，需要依次对Segment数组和小
HashEntry数组初始化
Segment数组初始化
初始化时，使用右移一位，乘以2的计算方式，保证ssize是2的幂次方，小于指定参数concurrencyLevel的最大2的幂次方。
int sshift = 0;
//记录Segment数组大小
int ssize = 1;
while (ssize < concurrencyLevel) {
++sshift;
ssize <<= 1;
}
HashEntry数组初始化
跟Segment数组初始化方式相同，就不赘述
int cap = 1;
while(cap < c){
cap <<=1;
}
put操作
对于插入操作，需要两次Hash映射去定位数据存储位置
首先通过第一次hash过程，定位Segment位置，然后通过第二次hash过程定位HashEntry位置
Segment继承ReentrantLock,在数据插入指定HashEntry过程的时候会尝试调用ReentrantLock的tryLock方法获取锁，如果获取成功就直接插入相应位置，如果有线程获取该Segment的锁，当前线程就会以自旋方式去继续调用tryLock方法去获取锁，超过指定次数就挂起，等待唤醒。
get操作也是两次Hash映射，相对于put操作，少了加锁过程
size操作size操作就是计算ConcurrentHashMap的大小，有两种方案
给每个Segment都加上锁(相当于给整个Map加上锁)，然后计算size返回 不加锁的模式，尝试多次计算ConcurrentHashMap的size,最多三次，比较前后计算的结果，结果一致就认为当前没有元素加入，计算结果是准确的。(查看计算出size的前后modCount的数值有没有发生变化，modCount的值用于记录元素变化的操作。如put，remove，clear) jdk1.8 ConcurrentHashMap jdk1.8 ConcurrentHashMap结构jdk1.8ConcurrentHashMap是数组+链表，或者数组+红黑树结构,并发控制使用Synchronized关键字和CAS操作。下面会从源码角度讲解jdk1.8 ConcurrentHashMap控制线程同步的原理
sizeCtl变量(volatile修饰)
通过CAS操作+volatile, 控制数组初始化和扩容操作
-1 代表正在初始化 -N 表示有N-1个线程正在进行扩容操作 正数0，表示未初始化 正数，代表下一次扩容的大小ForwardingNode:
键值对，封装为Node对象
table变量(volatile)：也就是所说的数组，默认为null，默认大小为16的数组，每次扩容时大小总是2的幂次方
nextTable(volatile):扩容时新生成的数组，大小为table的两倍
put函数put函数调用putVal函数
public V put(K key, V value) {
return putVal(key, value, false);
}
putVal函数
putValue函数，首先调用spread函数，计算hash值，之后进入一个自旋循环过程，直到插入或替换成功，才会返回。如果table未被初始化，则调用initTable进行初始化。之后判断hash映射的位置是否为null,如果为null,直接通过CAS自旋操作，插入元素成功，则直接返回，如果映射的位置值为MOVED(-1),则直接去协助扩容，排除以上条件后，尝试对链头Node节点f加锁，加锁成功后，链表通过尾插遍历，进行插入或替换。红黑树通过查询遍历，进行插入或替换。之后如果当前链表节点数量大于阈值，则调用treeifyBin函数，转换为红黑树最后通过调用addCount,执行CAS操作，更新数组大小，并且判断是否需要进行扩容
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
//spread函数计算hash值
int hash = spread(key.hashCode());
int binCount = 0;
//自旋过程
for (Node[] tab = table;;) {
Node f; int n, i, fh;
if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
tab = initTable();
//判断映射位置节点是否为空
else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
if (casTabAt(tab, i, null,
new Node(hash, key, value, null)))
break;
}
//如果映射位置节点value==MOVED，说明正在进行扩容操作
else if ((fh = f.hash) == MOVED)
tab = helpTransfer(tab, f);
else {
V oldVal = null;
synchronized (f) {
if (tabAt(tab, i) == f) {
if (fh >= 0) {
binCount = 1;
for (Node e = f;; ++binCount) {
K ek;
if (e.hash == hash &&
((ek = e.key) == key ||
(ek != null && key.equals(ek)))) {
oldVal = e.val;
if (!onlyIfAbsent)
e.val = value;
break;
}
Node pred = e;
if ((e = e.next) == null) {
pred.next = new Node(hash, key,
value, null);
break;
}
}
}
//红黑树结构
else if (f instanceof TreeBin) {
Node p;
binCount = 2;
if ((p = ((TreeBin)f).putTreeVal(hash, key,
value)) != null) {
oldVal = p.val;
if (!onlyIfAbsent)
p.val = value;
}
}
}
}
//链表节点数量超过阈值，转为红黑树
if (binCount != 0) {
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
treeifyBin(tab, i);
if (oldVal != null)
return oldVal;
break;
}
}
}
addCount(1L, binCount);
return null;
}
spread函数
spread函数，计算hash值。key的hash值与其高16位相异或，然后与HASH_BITS将最高位置0
static final int spread(int h) {
return (h ^ (h >>> 16)) & HASH_BITS;
//HASH_BITS=0x7fffffff
}
tableAt函数: 获取最新的tab[i]
casTabAt函数：通过CAS操作，将值赋值进tab中对应位置
static final Node tabAt(Node[] tab, int i) {
return (Node)U.getObjectVolatile(tab, ((long)i << ASHIFT) + ABASE);
}
static final boolean casTabAt(Node[] tab, int i,
Node c, Node v) {
return U.compareAndSwapObject(tab, ((long)i << ASHIFT) + ABASE, c, v);
}
addCount函数
尝试使用CAS操作，将BASECOUNT加1，操作失败，则说明有其他线程在进行加一操作,发生冲突。
之后判断是否需要扩容
private final void addCount(long x, int check) {
CounterCell[] as; long b, s;
//使用CAS操作，将BASECOUNT加1
if ((as = counterCells) != null ||
!U.compareAndSwapLong(this, BASECOUNT, b = baseCount, s = b + x)) {
CounterCell a; long v; int m;
//发生冲突
boolean uncontended = true;
if (as == null || (m = as.length - 1) < 0 ||
(a = as[ThreadLocalRandom.getProbe() & m]) == null ||
!(uncontended =
U.compareAndSwapLong(a, CELLVALUE, v = a.value, v + x))) {
//多线程冲突执行
fullAddCount(x, uncontended);
return;
}
if (check = 0) {
Node[] tab, nt; int n, sc;
//判断是否需要扩容
while (s >= (long)(sc = sizeCtl) && (tab = table) != null &&
(n = tab.length) < MAXIMUM_CAPACITY) {
int rs = resizeStamp(n);
if (sc >> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs || sc == rs + 1 ||
sc == rs + MAX_RESIZERS || (nt = nextTable) == null ||
transferIndex <= 0)
break;
if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1))
transfer(tab, nt);
}
//进行扩容操作
else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc,
(rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2))
transfer(tab, null);
s = sumCount();
}
}
}
initTable函数(下文将扩容和初始化，统称为扩容)
进入一个自旋过程，一旦有线程扩容成功，才break
如果sizeCtl < 0,说明已经有线程正在扩容，所以直接让出线程。
如果sizeCtl>=0,说明当前没有线程扩容，尝试CAS操作，设置sizeCtl为-1
设置sizeCtl为-1成功的线程，进行扩容操作，并且将sc更新为数组负载阈值0.75*n
private final Node[] initTable() {
Node[] tab; int sc;
//自旋过程
while ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
if ((sc = sizeCtl) 0) ? sc : DEFAULT_CAPACITY;
@SuppressWarnings("unchecked")
Node[] nt = (Node[])new Node[n];
table = tab = nt;
//0.75*n
sc = n - (n >>> 2);
}
} finally {
sizeCtl = sc;
}
break;
}
}
return tab;
}
统计ConCurrentHashMap中的元素个数
mappingCount函数
调用sumCount,获得元素数量
public long mappingCount() {
long n = sumCount();
return (n < 0L) ? 0L : n; // ignore transient negative values
}
sumCount函数
baseCount+ counterCells各个元素值，就是元素数量
其实baseCount就是记录容器数量的，直接放回baseCount不就可以了吗？为什么sumCount()方法中还要遍历counterCells数组，累加对象的值呢？
其中：counterCells是个全局的变量，表示的是CounterCell类数组。CounterCell是ConcurrentHashmap的内部类，它就是存储一个值。
JDK1.8中使用一个volatile类型的变量baseCount记录元素的个数，当插入新数据put()或则删除数据remove()时，会通过addCount()方法更新baseCount
初始化时counterCells为空，在并发量很高时，如果存在两个线程同时执行CAS修改baseCount值，则失败的线程会继续执行方法体中的逻辑，执行fullAddCount(x, uncontended)方法，这个方法其实就是初始化counterCells，并将x的值插入到counterCell类中，而x值一般也就是1或-1，这可以从put()方法中得知。
这些对象是因为在CAS更新baseCount值时，由于高并发而导致失败，最终将值保存到CounterCell中，放到counterCells里。这也就是为什么sumCount()中需要遍历counterCells数组，sum累加CounterCell.value值了。
final long sumCount() {
CounterCell[] as = counterCells; CounterCell a;
long sum = baseCount;
if (as != null) {
for (int i = 0; i < as.length; ++i) {
if ((a = as[i]) != null)
sum += a.value;
}
}
return sum;
}
CounterCell类
只存储一个值
static final class CounterCell{
volatile long value;
CountCell(long x) {value = x;}
}
作者：zycxnanwang