1.concurrenthashmap1.8源码如何详细解析?扩扩容
2.为什么HashMap是线程不安全的
3.结合源码探究HashMap初始化容量问题
4.JDK成长记7:3张图搞懂HashMap底层原理!
5.HashMapå®ç°åç
concurrenthashmap1.8源码如何详细解析?容源
ConcurrentHashMap在JDK1.8的线程安全机制基于CAS+synchronized实现,而非早期版本的源码分段锁。
在JDK1.7版本中,扩扩容ConcurrentHashMap采用分段锁机制,容源包含一个Segment数组,源码快手头像源码每个Segment继承自ReentrantLock,扩扩容并包含HashEntry数组,容源每个HashEntry相当于链表节点,源码用于存储key、扩扩容value。容源默认支持个线程并发,源码每个Segment独立,扩扩容互不影响。容源
对于put流程,源码与普通HashMap相似,首先定位至特定的Segment,然后使用ReentrantLock进行操作,后续过程与HashMap基本相同。
get流程简单,通过hash值定位至segment,再遍历链表找到对应元素。需要注意的是,value是volatile的,因此get操作无需加锁。
在JDK1.8版本中,线程安全的关键在于优化了put流程。首先计算hash值,遍历node数组。若位置为空,则通过CAS+自旋方式初始化。
若数组位置为空,尝试使用CAS自旋写入数据;若hash值为MOVED,表示需执行扩容操作;若满足上述条件均不成立,则使用synchronized块写入数据,同时判断链表或转换为红黑树进行插入。链表操作与HashMap相同,链表长度超过8时转换为红黑树。fruitstrap 源码下载
get查询流程与HashMap基本一致,通过key计算位置,若table对应位置的key相同则返回结果;如为红黑树结构,则按照红黑树规则获取;否则遍历链表获取数据。
为什么HashMap是线程不安全的
这是《Java程序员进阶之路》专栏的第篇,我们来聊聊为什么HashMap是线程不安全的。、多线程下扩容会死循环众所周知,HashMap是通过拉链法来解决哈希冲突的,也就是当哈希冲突时,会将相同哈希值的键值对通过链表的形式存放起来。
JDK7时,采用的是头部插入的方式来存放链表的,也就是下一个冲突的键值对会放在上一个键值对的前面(同一位置上的新元素被放在链表的头部)。扩容的时候就有可能导致出现环形链表,造成死循环。
resize方法的源码:
//newCapacity为新的容量voidresize(intnewCapacity){ //小数组,临时过度下Entry[]oldTable=table;//扩容前的容量intoldCapacity=oldTable.length;//MAXIMUM_CAPACITY为最大容量,2的次方=1<<if(oldCapacity==MAXIMUM_CAPACITY){ //容量调整为Integer的最大值0x7fffffff(十六进制)=2的次方-1threshold=Integer.MAX_VALUE;return;}//初始化一个新的数组(大容量)Entry[]newTable=newEntry[newCapacity];//把小数组的元素转移到大数组中transfer(newTable,initHashSeedAsNeeded(newCapacity));//引用新的大数组table=newTable;//重新计算阈值threshold=(int)Math.min(newCapacity*loadFactor,MAXIMUM_CAPACITY+1);}transfer方法用来转移,将小数组的元素拷贝到新的数组中。
voidtransfer(Entry[]newTable,booleanrehash){ //新的容量intnewCapacity=newTable.length;//遍历小数组for(Entry<K,V>e:table){ while(null!=e){ //拉链法,相同key上的不同值Entry<K,V>next=e.next;//是否需要重新计算hashif(rehash){ e.hash=null==e.key?0:hash(e.key);}//根据大数组的容量,和键的hash计算元素在数组中的下标inti=indexFor(e.hash,newCapacity);//同一位置上的新元素被放在链表的头部e.next=newTable[i];//放在新的数组上newTable[i]=e;//链表上的下一个元素e=next;}}}注意e.next=newTable[i]和newTable[i]=e这两行代码,就会将同一位置上的新元素被放在链表的头部。
扩容前的样子假如是下面这样子。
那么正常扩容后就是下面这样子。
假设现在有两个线程同时进行扩容,线程A在执行到newTable[i]=e;被挂起,此时线程A中:e=3、next=7、e.next=null
线程B开始执行,并且完成了数据转移。
此时,7的next为3,3的next为null。
随后线程A获得CPU时间片继续执行newTable[i]=e,将3放入新数组对应的大星网站源码位置,执行完此轮循环后线程A的情况如下:
执行下一轮循环,此时e=7,原本线程A中7的next为5,但由于table是线程A和线程B共享的,而线程B顺利执行完后,7的next变成了3,那么此时线程A中,7的next也为3了。
采用头部插入的方式,变成了下面这样子:
好像也没什么问题,此时next=3,e=3。
进行下一轮循环,但此时,由于线程B将3的next变为了null,所以此轮循环应该是最后一轮了。
接下来当执行完e.next=newTable[i]即3.next=7后,3和7之间就相互链接了,执行完newTable[i]=e后,3被头插法重新插入到链表中,执行结果如下图所示:
套娃开始,元素5也就成了弃婴,惨~~~
不过,JDK8时已经修复了这个问题,扩容时会保持链表原来的顺序,参照HashMap扩容机制的这一篇。
、多线程下put会导致元素丢失正常情况下,当发生哈希冲突时,HashMap是这样的:
但多线程同时执行put操作时,如果计算出来的索引位置是相同的,那会造成前一个key被后一个key覆盖,从而导致元素的丢失。
put的源码:
finalVputVal(inthash,Kkey,Vvalue,booleanonlyIfAbsent,booleanevict){ Node<K,V>[]tab;Node<K,V>p;intn,i;//步骤①:tab为空则创建if((tab=table)==null||(n=tab.length)==0)n=(tab=resize()).length;//步骤②:计算index,并对null做处理if((p=tab[i=(n-1)&hash])==null)tab[i]=newNode(hash,key,value,null);else{ Node<K,V>e;Kk;//步骤③:节点key存在,直接覆盖valueif(p.hash==hash&&((k=p.key)==key||(key!=null&&key.equals(k))))e=p;//步骤④:判断该链为红黑树elseif(pinstanceofTreeNode)e=((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this,tab,hash,key,value);//步骤⑤:该链为链表else{ for(intbinCount=0;;++binCount){ if((e=p.next)==null){ p.next=newNode(hash,key,value,null);//链表长度大于8转换为红黑树进行处理if(binCount>=TREEIFY_THRESHOLD-1)//-1for1sttreeifyBin(tab,hash);break;}//key已经存在直接覆盖valueif(e.hash==hash&&((k=e.key)==key||(key!=null&&key.equals(k))))break;p=e;}}//步骤⑥、直接覆盖if(e!=null){ //existingmappingforkeyVoldValue=e.value;if(!onlyIfAbsent||oldValue==null)e.value=value;afterNodeAccess(e);returnoldValue;}}++modCount;//步骤⑦:超过最大容量就扩容if(++size>threshold)resize();afterNodeInsertion(evict);returnnull;}问题发生在步骤②这里:
if((p=tab[i=(n-1)&hash])==null)tab[i]=newNode(hash,cmsis dap 源码key,value,null);两个线程都执行了if语句,假设线程A先执行了tab[i]=newNode(hash,key,value,null),那table是这样的:
接着,线程B执行了tab[i]=newNode(hash,key,value,null),那table是这样的:
3被干掉了。
、put和get并发时会导致get到null线程A执行put时,因为元素个数超出阈值而出现扩容,线程B此时执行get,有可能导致这个问题。
注意来看resize源码:
finalNode<K,V>[]resize(){ Node<K,V>[]oldTab=table;intoldCap=(oldTab==null)?0:oldTab.length;intoldThr=threshold;intnewCap,newThr=0;if(oldCap>0){ //超过最大值就不再扩充了,就只好随你碰撞去吧if(oldCap>=MAXIMUM_CAPACITY){ threshold=Integer.MAX_VALUE;returnoldTab;}//没超过最大值,就扩充为原来的2倍elseif((newCap=oldCap<<1)<MAXIMUM_CAPACITY&&oldCap>=DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)newThr=oldThr<<1;//doublethreshold}elseif(oldThr>0)//initialcapacitywasplacedinthresholdnewCap=oldThr;else{ //zeroinitialthresholdsignifiesusingdefaultsnewCap=DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;newThr=(int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR*DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);}//计算新的resize上限if(newThr==0){ floatft=(float)newCap*loadFactor;newThr=(newCap<MAXIMUM_CAPACITY&&ft<(float)MAXIMUM_CAPACITY?(int)ft:Integer.MAX_VALUE);}threshold=newThr;@SuppressWarnings({ "rawtypes","unchecked"})Node<K,V>[]newTab=(Node<K,V>[])newNode[newCap];table=newTab;}线程A执行完table=newTab之后,线程B中的table此时也发生了变化,此时去get的时候当然会get到null了,因为元素还没有转移。
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结合源码探究HashMap初始化容量问题
探究HashMap初始化容量问题
在深入研究HashMap源码时,有一个问题引人深思:为何在知道需要存储n个键值对时,我们通常会选择初始化容量为capacity = n / 0. + 1?
本文旨在解答这一疑惑,适合具备一定HashMap基础知识的读者。请在阅读前,思考以下问题:
让我们通过解答这些问题,逐步展开对HashMap初始化容量的深入探讨。
源码探究
让我们从实际代码出发,通过debug逐步解析HashMap的初始化逻辑。
举例:初始化一个容量为9的HashMap。
执行代码后,我们发现初始化容量为,且阈值threshold设置为。
解析
通过debug,我们首先关注到构造方法中的初始化逻辑。注意到,初始化阈值时,实际调用的baocms 外卖 源码是`tabliSizeFor(int n)`方法,它返回第一个大于等于n的2的幂。例如,`tabliSizeFor(9)`返回,`tabliSizeFor()`返回,`tabliSizeFor(8)`返回8。
继续解析
在构造方法结束后,我们通过debug继续追踪至`put`方法,直至`putVal`方法。
在`putVal`方法中,我们发现当第一次调用`put`时,table为null,从而触发初始化逻辑。在初始化过程中,关键在于`resize()`方法中对新容量`newCap`的初始化,即等于构造方法中设置的阈值`threshold`()。
阈值更新
在初始化后,我们进一步关注`updateNewThr`的代码逻辑,发现新的阈值被更新为新容量乘以负载因子,即 * 0.。
案例分析
举例:初始化一个容量为8的HashMap。
解答:答案是8,因为`tableSizeFor`方法返回大于等于参数的2的幂,而非严格大于。
扩容问题
举例:当初始化容量为时,放入9个不同的entry是否会引发扩容。
解答:不会,因为扩容条件与阈值有关,当map中存储的键值对数量大于阈值时才触发扩容。根据第一问,初始化容量是,阈值为 * 0. = 9,我们只放了9个,因此不会引起扩容。
容量选择
举例:已知需要存储个键值对,如何选择合适的初始化容量。
解答:初始化容量的目的是减少扩容次数以提高效率并节省空间。选择容量时,应考虑既能防止频繁扩容又能充分利用空间。具体选择取决于实际需求和预期键值对的数量。
总结
通过本文的探讨,我们深入了解了HashMap初始化容量背后的逻辑和原因。希望这些解析能够帮助您更深入地理解HashMap的内部工作原理。如果您对此有任何疑问或不同的见解,欢迎在评论区讨论。
最后,如有帮助,欢迎点赞分享。
JDK成长记7:3张图搞懂HashMap底层原理!
一句话讲, HashMap底层数据结构,JDK1.7数组+单向链表、JDK1.8数组+单向链表+红黑树。
在看过了ArrayList、LinkedList的底层源码后,相信你对阅读JDK源码已经轻车熟路了。除了List很多时候你使用最多的还有Map和Set。接下来我将用三张图和你一起来探索下HashMap的底层核心原理到底有哪些?
首先你应该知道HashMap的核心方法之一就是put。我们带着如下几个问题来看下图:
如上图所示,put方法调用了putVal方法,之后主要脉络是:
如何计算hash值?
计算hash值的算法就在第一步,对key值进行hashCode()后,对hashCode的值进行无符号右移位和hashCode值进行了异或操作。为什么这么做呢?其实涉及了很多数学知识,简单的说就是尽可能让高和低位参与运算,可以减少hash值的冲突。
默认容量和扩容阈值是多少?
如上图所示,很明显第二步回调用resize方法,获取到默认容量为,这个在源码里是1<<4得到的,1左移4位得到的。之后由于默认扩容因子是0.,所以两者相乘就是扩容大小阈值*0.=。之后就分配了一个大小为的Node[]数组,作为Key-Value对存放的数据结构。
最后一问题是,如何进行hash寻址的?
hash寻址其实就在数组中找一个位置的意思。用的算法其实也很简单,就是用数组大小和hash值进行n-1&hash运算,这个操作和对hash取模很类似,只不过这样效率更高而已。hash寻址后,就得到了一个位置,可以把key-value的Node元素放入到之前创建好的Node[]数组中了。
当你了解了上面的三个原理后,你还需要掌握如下几个问题:
还是老规矩,看如下图:
当hash值计算一致,比如当hash值都是时,Key-Value对的Node节点还有一个next指针,会以单链表的形式,将冲突的节点挂在数组同样位置。这就是数据结构中所提到解决hash 的冲突方法之一:单链法。当然还有探测法+rehash法有兴趣的人可以回顾《数据结构和算法》相关书籍。
但是当hash冲突严重的时候,单链法会造成原理链接过长,导致HashMap性能下降,因为链表需要逐个遍历性能很差。所以JDK1.8对hash冲突的算法进行了优化。当链表节点数达到8个的时候,会自动转换为红黑树,自平衡的一种二叉树,有很多特点,比如区分红和黑节点等,具体大家可以看小灰算法图解。红黑树的遍历效率是O(logn)肯定比单链表的O(n)要好很多。
总结一句话就是,hash冲突使用单链表法+红黑树来解决的。
上面的图,核心脉络是四步,源码具体的就不粘出来了。当put一个之后,map的size达到扩容阈值,就会触发rehash。你可以看到如下具体思路:
情况1:如果数组位置只有一个值:使用新的容量进行rehash,即e.hash & (newCap - 1)
情况2:如果数组位置有链表,根据 e.hash & oldCap == 0进行判断,结果为0的使用原位置,否则使用index + oldCap位置,放入元素形成新链表,这里不会和情况1新的容量进行rehash与运算了,index + oldCap这样更省性能。
情况3:如果数组位置有红黑树,根据split方法,同样根据 e.hash & oldCap == 0进行树节点个数统计,如果个数小于6,将树的结果恢复为普通Node,否则使用index + oldCap,调整红黑树位置,这里不会和新的容量进行rehash与运算了,index + oldCap这样更省性能。
你有兴趣的话,可以分别画一下这三种情况的图。这里给大家一个图,假设都出发了以上三种情况结果如下所示:
上面源码核心脉络,3个if主要是校验了一堆,没做什么事情,之后赋值了扩容因子,不传递使用默认值0.,扩容阈值threshold通过tableSizeFor(initialCapacity);进行计算。注意这里只是计算了扩容阈值,没有初始化数组。代码如下:
竟然不是大小*扩容因子?
n |= n >>> 1这句话,是在干什么?n |= n >>> 1等价于n = n | n >>>1; 而|表示位运算中的或,n>>>1表示无符号右移1位。遇到这种情况,之前你应该学到了,如果碰见复杂逻辑和算法方法就是画图或者举例子。这里你就可以举个例子:假设现在指定的容量大小是,n=cap-1=,那么计算过程应该如下:
n是int类型,java中一般是4个字节,位。所以的二进制: 。
最后n+1=,方法返回,赋值给threshold=。再次注意这里只是计算了扩容阈值,没有初始化数组。
为什么这么做呢?一句话,为了提高hash寻址和扩容计算的的效率。
因为无论扩容计算还是寻址计算,都是二进制的位运算,效率很快。另外之前你还记得取余(%)操作中如果除数是2的幂次方则等同于与其除数减一的与(&)操作。即 hash%size = hash & (size-1)。这个前提条件是除数是2的幂次方。
你可以再回顾下resize代码,看看指定了map容量,第一次put会发生什么。会将扩容阈值threshold,这样在第一次put的时候就会调用newCap = oldThr;使得创建一个容量为threshold的数组,之后从而会计算新的扩容阈值newThr为newCap*0.=*0.=。也就是说map到了个元素就会进行扩容。
除了今天知识,技能的成长,给大家带来一个金句甜点,结束我今天的分享:坚持的三个秘诀之一目标化。
坚持的秘诀除了上一节提到的视觉化,第二个秘诀就是目标化。顾名思义,就是需要给自己定立一个目标。这里要提到的是你的目标不要定的太高了。就比如你想要增加肌肉,给自己定了一个目标,每天5组,每次个俯卧撑,你看到自己胖的身形或者海报,很有刺激,结果开始前两天非常厉害,干劲十足,特别奥利给。但是第三天,你想到要个俯卧撑,你就不想起床,就算起来,可能也会把自己撅死过去......其实你的目标不要一下子定的太大,要从微习惯开始,比如我媳妇从来没有做过俯卧撑,就让她每天从1个开始,不能多,我就怕她收不住,做多了。一开始其实从习惯开始,先变成习惯,再开始慢慢加量。量太大养不成习惯,量小才能养成习惯。很容易做到才能养成,你想想是不是这个道理?
所以,坚持的第二个秘诀就是定一个目标,可以通过小量目标,养成微习惯。比如每天你可以读五分钟书或者5分钟成长记,不要多,我想超过你也会睡着了的.....
最后,大家可以在阅读完源码后,在茶余饭后的时候问问同事或同学,你也可以分享下,讲给他听听。
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æ°ç»åé¾è¡¨çä¼ç¼ºç¹åå³äºä»ä»¬åèªå¨å åä¸åå¨ç模å¼ï¼ä¹å°±æ¯ç´æ¥ä½¿ç¨é¡ºåºåå¨æé¾å¼åå¨å¯¼è´çãæ 论æ¯æ°ç»è¿æ¯é¾è¡¨ï¼é½æææ¾ç缺ç¹ãèå¨å®é ä¸å¡ä¸ï¼æ们æ³è¦çå¾å¾æ¯å¯»åãå é¤ãæå ¥æ§è½é½å¾å¥½çæ°æ®ç»æï¼æ£å表就æ¯è¿æ ·ä¸ç§ç»æï¼å®å·§å¦çç»åäºæ°ç»ä¸é¾è¡¨çä¼ç¹ï¼å¹¶å°å ¶ç¼ºç¹å¼±åï¼å¹¶ä¸æ¯å®å ¨æ¶é¤ï¼
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Psï¼å¨æ£å表ä¸ï¼æ°ç»çæ ¼åå«å桶ï¼ä¸æ å«å桶å·ï¼æ¡¶å¯ä»¥å å«ä¸ä¸ªkey-value对ï¼ä¸ºäºæ¹ä¾¿ç解ï¼åæä¸ä¼ä½¿ç¨è¿ä¸¤ä¸ªåè¯ã
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