解析ConcurrentHashMap: get、remove方法分析
前面幾篇文章分析瞭並發HashMap的put方法及其相關方法,transfer方法,那麼接下來本篇文章相對之前幾篇難度會小一些。
本篇文章介紹ConcurrentHashMap
的get方
法和remove方法。
1、get方法
get
方法:獲取元素,根據目標key所在桶的第一個元素的不同采用不同的方式獲取元素,關鍵點在於find()方法的重寫。
public V get(Object key) { // tab 引用map.table // e 當前元素(用於循環遍歷) // p 目標節點 // n table數組長度 // eh 當前元素hash // ek 當前元素key Node<K,V>[] tab; Node<K,V> e, p; int n, eh; K ek; // 根據key.hashCode()計算hash: 擾動運算後得到得到更散列的hash值 int h = spread(key.hashCode()); java // -------------------------------------------------------------------------------- // CASE1: // 如果元素所在的桶存在且裡面有元素 // 條件一:(tab = table) != null // true -> 表示已經put過數據,並且map內部的table也已經初始化完畢 // false -> 表示創建完map後,並沒有put過數據,map內部的table是延遲初始化的,隻有第一次寫數據時會觸發初始化創建table邏輯 // 條件二:(n = tab.length) > 0 如果為 true-> 表示table已經初始化 // 條件三:(e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null // true -> 當前key尋址的桶位有值 // false -> 當前key尋址的桶位中是null,是null直接返回null if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 && (e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null) { // 進入if代碼塊內部的前置條件:當前桶位有數據 java // 如果第一個元素就是要找的元素,則直接返回 // 對比頭結點hash與查詢key的hash是否一致 // 條件成立:說明頭結點與查詢Key的hash值完全一致 if ((eh = e.hash) == h) { // 完全比對 查詢key 和 頭結點的key // 條件成立:說明頭結點就是查詢數據 if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))) // 當e的hash值以及e對應的key都匹配目標元素時,則找到瞭,直接返回~ return e.val; } java // -------------------------------------------------------------------------------- // CASE2: eh < 0 // 條件成立:即,hash小於0 分2種情況,是樹或者正在擴容,需要借助find方法尋找元素,find的尋找方式依據Node的不同子類有不同的實現方式: // 情況一:eh=-1 是fwd結點 -> 說明當前table正在擴容,且當前查詢的這個桶位的數據已經被遷移走瞭,需要借助fwd結點的內部方法find去查詢 // 情況二:eh=-2 是TreeBin節點 -> 需要使用TreeBin 提供的find方法查詢。 else if (eh < 0) return (p = e.find(h, key)) != null ? p.val : null; java // -------------------------------------------------------------------------------- // CASE3: 前提條件 -> CASE1和CASE2條件不滿足! // 說明是當前桶位已經形成鏈表的這種情況: 遍歷整個鏈表尋找元素 while ((e = e.next) != null) { if (e.hash == h && ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))) return e.val; } java } return null; }
1.1 ForwardingNode 內部類(FWD結點)
在get
方法CASE2
中,eh < 0
會分2中情況:
情況一:eh=-1
是fwd結點 -> 說明當前table正在擴容,且當前查詢的這個桶位的數據已經被遷移走瞭,需要借助fwd結點的內部方法find去查詢。
情況二:eh = -2
是TreeBin節點 -> 需要使用TreeBin 提供的find方法查詢。
下面就分析一下情況一,即當前桶位中是fwd結點。我們來分析一下FWD這個內部類,以及其內部的find方法:
static final class ForwardingNode<K,V> extends Node<K,V> { final Node<K,V>[] nextTable; ForwardingNode(Node<K,V>[] tab) { super(MOVED, null, null, null); this.nextTable = tab; } java // fwd結點的find方法: Node<K,V> find(int h, Object k) { // loop to avoid arbitrarily deep recursion on forwarding nodes // tab 一定不為空:整個ConcurrentHashMap源碼中,隻有一個地方實例化ForwardingNode,就是在transfer遷移數據方法中執行瞭:ForwardingNode<K,V> fwd = new ForwardingNode<K,V>(nextTab);(當某個桶位數據處理完畢後,將此桶位設置為fwd節點,其它寫線程或讀線程看到後,會有不同邏輯) Node<K,V>[] tab = nextTable; java // ------------------------------------------------------------------------------ // 自旋1 outer: for (;;) { // n 表示為擴容而創建的新表的長度 // e 表示在擴容而創建新表時,使用尋址算法得到的桶位頭結點 Node<K,V> e; int n; java // 條件一:永遠不成立 // 條件二:永遠不成立 // 條件三:永遠不成立 // 條件四:在新擴容表中重新路由定位 hash 對應的頭結點 // true -> 1.在oldTable中對應的桶位在遷移之前就是null // false -> 2.擴容完成後,有其它寫線程,將此桶位設置為瞭null if (k == null || tab == null || (n = tab.length) == 0 || (e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) == null) return null; java // --------------------------------------------------------------------------- // 自旋2 // 前置條件:擴容後的表對應hash的桶位一定不是null,e為此桶位的頭結點 // e可能為哪些node類型? // 1.node 類型 // 2.TreeBin 類型 // 3.FWD類型 for (;;) { // eh 新擴容後表指定桶位的當前節點的hash // ek 新擴容後表指定桶位的當前節點的key int eh; K ek; // CASE1條件成立:說明新擴容後的表,當前命中桶位中的數據,即為查詢想要數據。 if ((eh = e.hash) == h && ((ek = e.key) == k || (ek != null && k.equals(ek)))) // 直接將e返回~ return e; java // CASE2: eh < 0 時 // 1.TreeBin 類型 // 2.FWD類型(新擴容的表,在並發很大的情況下,可能在此方法再次拿到FWD類型),即可能又發生瞭擴容 if (eh < 0) { // 判斷是否是FWD結點 if (e instanceof ForwardingNode) { // 是FWD結點 tab = ((ForwardingNode<K,V>)e).nextTable; // 跳轉到自旋1 continue outer; } else// 不是FWD結點 // 說明此桶位 為 TreeBin 節點,使用TreeBin.find 查找紅黑樹中相應節點。 return e.find(h, k); } java // 前置條件:當前桶位頭結點 並沒有命中查詢,說明此桶位是鏈表 // 1.將當前元素指向鏈表的下一個元素 // 2.判斷當前元素的下一個位置是否為空 // true -> 說明迭代到鏈表末尾,未找到對應的數據,返回Null if ((e = e.next) == null) return null; } } } }
小節:
(1)hash到元素所在的桶;
(2)如果桶中第一個元素就是該找的元素,直接返回;
(3)如果是樹或者正在遷移元素,則調用各自Node子類的find()方法尋找元素;
(4)如果是鏈表,遍歷整個鏈表尋找元素;
(5)獲取元素沒有加鎖;
2、remove方法
remove方法:刪除元素跟添加元素一樣,都是先找到元素所在的桶,然後采用分段鎖的思想鎖住整個桶,再進行操作。
public V remove(Object key) { // 調用替換節點方法 return replaceNode(key, null, null); } java/** * 結點替換: * 參數1:Object key -> 就表示當前結點的key * 參數2:V value -> 要替換的目標值 * 參數3:Object cv(compare Value) -> * 如果cv不為null,則需要既比對key,還要比對cv,這樣個參數都一致,才能替換成目標值 */ final V replaceNode(Object key, V value, Object cv) { // 計算key經過擾動運算後得到的hash int hash = spread(key.hashCode()); // 自旋 for (Node<K,V>[] tab = table;;) { // f表示桶位頭結點 // n表示當前table數組長度 // i表示hash命中桶位下標 // fh表示桶位頭結點hash Node<K,V> f; int n, i, fh; java // ---------------------------------------------------------------------------- // CASE1: // 條件一:tab == null // true -> 表示當前map.table尚未初始化.. // false -> 表示當前map.table已經初始化 // 條件二:(n = tab.length) == 0 // true -> 表示當前map.table尚未初始化.. // false -> 已經初始化 // 條件三:(f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null // true -> 表示命中桶位中為null,直接break if (tab == null || (n = tab.length) == 0 || (f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) // 如果目標key所在的桶不存在,跳出循環返回null break; java // ---------------------------------------------------------------------------- // CASE2: // 前置條件CASE2 ~ CASE3:當前桶位不是null // 條件成立:fwd結點,說明當前table正在擴容中,當前是個寫操作,所以當前線程需要協助table完成擴容。 else if ((fh = f.hash) == MOVED) // 如果正在擴容中,則協助擴容 tab = helpTransfer(tab, f); java // ---------------------------------------------------------------------------- // CASE3: // 前置條件CASE2 ~ CASE3:當前桶位不是null // 當前桶位是一個有數據的桶位,桶中可能是 "鏈表"也可能是"紅黑樹"TreeBin else { // 保留替換之前的數據引用 V oldVal = null; // 校驗標記,在下面的CASEn中的if判斷使用:標記是否處理過 boolean validated = false; // 加鎖當前桶位頭結點,加鎖成功之後會進入代碼塊。 synchronized (f) { // 判斷sync加鎖是否為當前桶位頭節點,防止其它線程,在當前線程加鎖成功之前,修改過桶位 的頭結點,導致鎖錯對象! java // -------------------------------------------------------------------- // CASE4: tabAt(tab, i) == f 再次驗證當前桶第一個元素是否被修改過 // 條件成立:說明當前桶位頭結點仍然為f,其它線程沒修改過! if (tabAt(tab, i) == f) { // -------------------------------------------------------------------- // CASE5: fh >= 0 // 條件成立:說明桶位為鏈表或者單個node if (fh >= 0) { // 校驗標記置為true validated = true; java // e 表示當前循環處理結點 // pred 表示當前循環節點的上一個節點 Node<K,V> e = f, pred = null; // 遍歷鏈表尋找目標節點 for (;;) { // 表示當前節點key K ek; java // ------------------------------------------------------------ // CASE6: // 條件一:e.hash == hash // true->說明當前節點的hash與查找節點hash一致 // 條件二:((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))) // CASE6的if條件成立,說明key 與查詢的key完全一致。 if (e.hash == hash && ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))) { // 找到瞭目標節點:當前節點的value, V ev = e.val; java // ----------------------------------------------------- // CASE7: 檢查目標節點舊value是否等於cv // 條件一:cv == null // true -> 替換的值為null那麼就是一個刪除操作 // 條件二:cv == ev || (ev != null && cv.equals(ev)) // true -> 那麼是一個替換操作 if (cv == null || cv == ev || (ev != null && cv.equals(ev))) { // 刪除 或者 替換 // 將當前節點的值 賦值給 oldVal 後續返回會用到~ oldVal = ev; java // 目標value不等於null // 如果條件成立:說明當前是一個替換操作 if (value != null) // 直接替換 e.val = value; // 條件成立:說明當前節點非頭結點 else if (pred != null) // 如果前置節點不為空,刪除當前節點: // 讓當前節點的上一個節點,指向當前節點的下一個節點。 pred.next = e.next; // 條件成裡:說明當前節點即為頭結點 else // 如果前置節點為空,說明是桶中第一個元素,刪除之: // 隻需要將桶位設置為頭結點的下一個節點。 setTabAt(tab, i, e.next); } break; } pred = e; // 遍歷到鏈表尾部還沒找到元素,跳出循環 if ((e = e.next) == null) break; } } java // -------------------------------------------------------------------- // CASE8: f instanceof TreeBin // 條件成立:TreeBin節點。 else if (f instanceof TreeBin) { // 校驗標記置為true validated = true; java // 轉換為實際類型 TreeBin t TreeBin<K,V> t = (TreeBin<K,V>)f; // r 表示 紅黑樹根節點 // p 表示 紅黑樹中查找到對應key 一致的node TreeNode<K,V> r, p; java // 遍歷樹找到瞭目標節點: // 條件一:(r = t.root) != null 理論上是成立 // 條件二:TreeNode.findTreeNode 以當前節點為入口,向下查找key(包括本身節點) // true->說明查找到相應key 對應的node節點,會賦值給p if ((r = t.root) != null && (p = r.findTreeNode(hash, key, null)) != null) { // 保存p.val 到pv V pv = p.val; java // 檢查目標節點舊value是否等於cv: // 條件一:cv == null 成立:不必對比value,就做替換或者刪除操作 // 條件二:cv == pv ||(pv != null && cv.equals(pv)) 成立:說明“對比值”與當前p節點的值 一致 if (cv == null || cv == pv || (pv != null && cv.equals(pv))) { // 替換或者刪除操作 oldVal = pv; java // 如果value不為空則替換舊值 // 條件成立:替換操作 if (value != null) p.val = value; java // 如果value為空則刪除元素 // 刪除操作 else if (t.removeTreeNode(p)) // 如果刪除後樹的元素個數較少則退化成鏈表 // t.removeTreeNode(p)這個方法返回true表示刪除節點後樹的元素個數較少 setTabAt(tab, i, untreeify(t.first)); } } } } } // ---------------------------------------------------------------------------- // CASEn: 如果處理過,不管有沒有找到元素都返回 // 當其他線程修改過桶位頭結點時,當前線程 sync 頭結點 鎖錯對象時,validated 為false,會進入下次for自旋: if (validated) { // 如果找到瞭元素,返回其舊值 if (oldVal != null) { // 替換的值 為null,說明當前是一次刪除操作,oldVal !=null 成立,說明刪除成功,更新當前元素個數計數器。 // 如果要替換的值為空,元素個數減1 if (value == null) addCount(-1L, -1); return oldVal; } break; } } } java // 沒找到元素返回空 return null; }
小節:
(1)計算hash;
(2)如果所在的桶不存在,表示沒有找到目標元素,返回;
(3)如果正在擴容,則協助擴容完成後再進行刪除操作;
(4)如果是以鏈表形式存儲的,則遍歷整個鏈表查找元素,找到之後再刪除;
(5)如果是以樹形式存儲的,則遍歷樹查找元素,找到之後再刪除;
(6)如果是以樹形式存儲的,刪除元素之後樹較小,則退化成鏈表;
(7)如果確實刪除瞭元素,則整個map元素個數減1,並返回舊值;
(8)如果沒有刪除元素,則返回null;
本篇文章結束,ConcurrentHashMap的大部分知識點分析完畢,下面一篇文章最後再分析一下TreeBin就收尾瞭!
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