解析ConcurrentHashMap:,get、remove方法分析

前面几篇文章分析了并发HashMap的put方法及其相关方法，transfer方法，那么接下来本篇文章相对之前几篇难度会小一些。

本篇文章介绍ConcurrentHashMap的get方法和remove方法。

1、get方法

get方法：获取元素，根据目标key所在桶的第一个元素的不同采用不同的方式获取元素，关键点在于find()方法的重写。

public V get(Object key) { // tab 引用map.table // e 当前元素(用于循环遍历) // p 目标节点 // n table数组长度 // eh 当前元素hash // ek 当前元素key Node<K,V>[] tab; Node<K,V> e, p; int n, eh; K ek; // 根据key.hashCode()计算hash: 扰动运算后得到得到更散列的hash值 int h = spread(key.hashCode()); java // -------------------------------------------------------------------------------- // CASE1: // 如果元素所在的桶存在且里面有元素 // 条件一：(tab = table) != null // true -> 表示已经put过数据，并且map内部的table也已经初始化完毕 // false -> 表示创建完map后，并没有put过数据，map内部的table是延迟初始化的，只有第一次写数据时会触发初始化创建table逻辑 // 条件二：(n = tab.length) > 0 如果为 true-> 表示table已经初始化 // 条件三：(e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null // true -> 当前key寻址的桶位有值 // false -> 当前key寻址的桶位中是null，是null直接返回null if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 && (e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null) { // 进入if代码块内部的前置条件：当前桶位有数据 java // 如果第一个元素就是要找的元素，则直接返回 // 对比头结点hash与查询key的hash是否一致 // 条件成立：说明头结点与查询Key的hash值完全一致 if ((eh = e.hash) == h) { // 完全比对 查询key 和 头结点的key // 条件成立：说明头结点就是查询数据 if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))) // 当e的hash值以及e对应的key都匹配目标元素时，则找到了，直接返回~ return e.val; } java // -------------------------------------------------------------------------------- // CASE2: eh < 0 // 条件成立：即，hash小于0 分2种情况，是树或者正在扩容,需要借助find方法寻找元素，find的寻找方式依据Node的不同子类有不同的实现方式: // 情况一：eh=-1 是fwd结点 -> 说明当前table正在扩容，且当前查询的这个桶位的数据已经被迁移走了，需要借助fwd结点的内部方法find去查询 // 情况二：eh=-2 是TreeBin节点 -> 需要使用TreeBin 提供的find方法查询。 else if (eh < 0) return (p = e.find(h, key)) != null ? p.val : null; java // -------------------------------------------------------------------------------- // CASE3: 前提条件 -> CASE1和CASE2条件不满足！ // 说明是当前桶位已经形成链表的这种情况: 遍历整个链表寻找元素 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 内部类(FWD结点)

在get方法CASE2中，eh < 0会分2中情况：

情况一：eh=-1 是fwd结点 -> 说明当前table正在扩容，且当前查询的这个桶位的数据已经被迁移走了，需要借助fwd结点的内部方法find去查询。

情况二：eh = -2 是TreeBin节点 -> 需要使用TreeBin 提供的find方法查询。

下面就分析一下情况一，即当前桶位中是fwd结点。我们来分析一下FWD这个内部类，以及其内部的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结点的find方法： Node<K,V> find(int h, Object k) { // loop to avoid arbitrarily deep recursion on forwarding nodes // tab 一定不为空：整个ConcurrentHashMap源码中，只有一个地方实例化ForwardingNode，就是在transfer迁移数据方法中执行了：ForwardingNode<K,V> fwd = new ForwardingNode<K,V>(nextTab);（当某个桶位数据处理完毕后，将此桶位设置为fwd节点，其它写线程或读线程看到后，会有不同逻辑） Node<K,V>[] tab = nextTable; java // ------------------------------------------------------------------------------ // 自旋1 outer: for (;;) { // n 表示为扩容而创建的新表的长度 // e 表示在扩容而创建新表时，使用寻址算法得到的桶位头结点 Node<K,V> e; int n; java // 条件一：永远不成立 // 条件二：永远不成立 // 条件三：永远不成立 // 条件四：在新扩容表中重新路由定位 hash 对应的头结点 // true -> 1.在oldTable中对应的桶位在迁移之前就是null // false -> 2.扩容完成后，有其它写线程，将此桶位设置为了null if (k == null || tab == null || (n = tab.length) == 0 || (e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) == null) return null; java // --------------------------------------------------------------------------- // 自旋2 // 前置条件：扩容后的表对应hash的桶位一定不是null，e为此桶位的头结点 // e可能为哪些node类型？ // 1.node 类型 // 2.TreeBin 类型 // 3.FWD类型 for (;;) { // eh 新扩容后表指定桶位的当前节点的hash // ek 新扩容后表指定桶位的当前节点的key int eh; K ek; // CASE1条件成立：说明新扩容后的表，当前命中桶位中的数据，即为查询想要数据。 if ((eh = e.hash) == h && ((ek = e.key) == k || (ek != null && k.equals(ek)))) // 直接将e返回~ return e; java // CASE2: eh < 0 时 // 1.TreeBin 类型 // 2.FWD类型（新扩容的表，在并发很大的情况下，可能在此方法再次拿到FWD类型），即可能又发生了扩容 if (eh < 0) { // 判断是否是FWD结点 if (e instanceof ForwardingNode) { // 是FWD结点 tab = ((ForwardingNode<K,V>)e).nextTable; // 跳转到自旋1 continue outer; } else// 不是FWD结点 // 说明此桶位 为 TreeBin 节点，使用TreeBin.find 查找红黑树中相应节点。 return e.find(h, k); } java // 前置条件：当前桶位头结点 并没有命中查询，说明此桶位是链表 // 1.将当前元素指向链表的下一个元素 // 2.判断当前元素的下一个位置是否为空 // true -> 说明迭代到链表末尾，未找到对应的数据，返回Null if ((e = e.next) == null) return null; } } } }

小节：

（1）hash到元素所在的桶；

（2）如果桶中第一个元素就是该找的元素，直接返回；

（3）如果是树或者正在迁移元素，则调用各自Node子类的find()方法寻找元素；

（4）如果是链表，遍历整个链表寻找元素；

（5）获取元素没有加锁；

2、remove方法

remove方法：删除元素跟添加元素一样，都是先找到元素所在的桶，然后采用分段锁的思想锁住整个桶，再进行操作。

public V remove(Object key) { // 调用替换节点方法 return replaceNode(key, null, null); } java/** * 结点替换： * 参数1：Object key -> 就表示当前结点的key * 参数2：V value -> 要替换的目标值 * 参数3：Object cv（compare Value） -> * 如果cv不为null，则需要既比对key，还要比对cv，这样个参数都一致，才能替换成目标值 */ final V replaceNode(Object key, V value, Object cv) { // 计算key经过扰动运算后得到的hash int hash = spread(key.hashCode()); // 自旋 for (Node<K,V>[] tab = table;;) { // f表示桶位头结点 // n表示当前table数组长度 // i表示hash命中桶位下标 // fh表示桶位头结点hash Node<K,V> f; int n, i, fh; java // ---------------------------------------------------------------------------- // CASE1： // 条件一：tab == null // true -> 表示当前map.table尚未初始化.. // false -> 表示当前map.table已经初始化 // 条件二：(n = tab.length) == 0 // true -> 表示当前map.table尚未初始化.. // false -> 已经初始化 // 条件三：(f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null // true -> 表示命中桶位中为null，直接break if (tab == null || (n = tab.length) == 0 || (f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) // 如果目标key所在的桶不存在，跳出循环返回null break; java // ---------------------------------------------------------------------------- // CASE2： // 前置条件CASE2 ~ CASE3：当前桶位不是null // 条件成立：fwd结点，说明当前table正在扩容中，当前是个写操作，所以当前线程需要协助table完成扩容。 else if ((fh = f.hash) == MOVED) // 如果正在扩容中，则协助扩容 tab = helpTransfer(tab, f); java // ---------------------------------------------------------------------------- // CASE3: // 前置条件CASE2 ~ CASE3：当前桶位不是null // 当前桶位是一个有数据的桶位，桶中可能是 "链表"也可能是"红黑树"TreeBin else { // 保留替换之前的数据引用 V oldVal = null; // 校验标记,在下面的CASEn中的if判断使用：标记是否处理过 boolean validated = false; // 加锁当前桶位头结点，加锁成功之后会进入代码块。 synchronized (f) { // 判断sync加锁是否为当前桶位头节点，防止其它线程，在当前线程加锁成功之前，修改过桶位 的头结点，导致锁错对象！ java // -------------------------------------------------------------------- // CASE4: tabAt(tab, i) == f 再次验证当前桶第一个元素是否被修改过 // 条件成立：说明当前桶位头结点仍然为f，其它线程没修改过！ if (tabAt(tab, i) == f) { // -------------------------------------------------------------------- // CASE5: fh >= 0 // 条件成立：说明桶位为链表或者单个node if (fh >= 0) { // 校验标记置为true validated = true; java // e 表示当前循环处理结点 // pred 表示当前循环节点的上一个节点 Node<K,V> e = f, pred = null; // 遍历链表寻找目标节点 for (;;) { // 表示当前节点key K ek; java // ------------------------------------------------------------ // CASE6: // 条件一：e.hash == hash // true->说明当前节点的hash与查找节点hash一致 // 条件二：((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))) // CASE6的if条件成立，说明key 与查询的key完全一致。 if (e.hash == hash && ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))) { // 找到了目标节点：当前节点的value， V ev = e.val; java // ----------------------------------------------------- // CASE7: 检查目标节点旧value是否等于cv // 条件一：cv == null // true -> 替换的值为null那么就是一个删除操作 // 条件二：cv == ev || (ev != null && cv.equals(ev)) // true -> 那么是一个替换操作 if (cv == null || cv == ev || (ev != null && cv.equals(ev))) { // 删除 或者 替换 // 将当前节点的值 赋值给 oldVal 后续返回会用到~ oldVal = ev; java // 目标value不等于null // 如果条件成立：说明当前是一个替换操作 if (value != null) // 直接替换 e.val = value; // 条件成立：说明当前节点非头结点 else if (pred != null) // 如果前置节点不为空，删除当前节点： // 让当前节点的上一个节点，指向当前节点的下一个节点。 pred.next = e.next; // 条件成里：说明当前节点即为头结点 else // 如果前置节点为空，说明是桶中第一个元素，删除之： // 只需要将桶位设置为头结点的下一个节点。 setTabAt(tab, i, e.next); } break; } pred = e; // 遍历到链表尾部还没找到元素，跳出循环 if ((e = e.next) == null) break; } } java // -------------------------------------------------------------------- // CASE8: f instanceof TreeBin // 条件成立：TreeBin节点。 else if (f instanceof TreeBin) { // 校验标记置为true validated = true; java // 转换为实际类型 TreeBin t TreeBin<K,V> t = (TreeBin<K,V>)f; // r 表示 红黑树根节点 // p 表示 红黑树中查找到对应key 一致的node TreeNode<K,V> r, p; java // 遍历树找到了目标节点： // 条件一：(r = t.root) != null 理论上是成立 // 条件二：TreeNode.findTreeNode 以当前节点为入口，向下查找key（包括本身节点） // true->说明查找到相应key 对应的node节点，会赋值给p if ((r = t.root) != null && (p = r.findTreeNode(hash, key, null)) != null) { // 保存p.val 到pv V pv = p.val; java // 检查目标节点旧value是否等于cv： // 条件一：cv == null 成立：不必对比value，就做替换或者删除操作 // 条件二：cv == pv ||(pv != null && cv.equals(pv)) 成立：说明“对比值”与当前p节点的值 一致 if (cv == null || cv == pv || (pv != null && cv.equals(pv))) { // 替换或者删除操作 oldVal = pv; java // 如果value不为空则替换旧值 // 条件成立：替换操作 if (value != null) p.val = value; java // 如果value为空则删除元素 // 删除操作 else if (t.removeTreeNode(p)) // 如果删除后树的元素个数较少则退化成链表 // t.removeTreeNode(p)这个方法返回true表示删除节点后树的元素个数较少 setTabAt(tab, i, untreeify(t.first)); } } } } } // ---------------------------------------------------------------------------- // CASEn: 如果处理过，不管有没有找到元素都返回 // 当其他线程修改过桶位头结点时，当前线程 sync 头结点 锁错对象时，validated 为false，会进入下次for自旋: if (validated) { // 如果找到了元素，返回其旧值 if (oldVal != null) { // 替换的值 为null，说明当前是一次删除操作，oldVal ！=null 成立，说明删除成功，更新当前元素个数计数器。 // 如果要替换的值为空，元素个数减1 if (value == null) addCount(-1L, -1); return oldVal; } break; } } } java // 没找到元素返回空 return null; }

小节：

（1）计算hash；

（2）如果所在的桶不存在，表示没有找到目标元素，返回；

（3）如果正在扩容，则协助扩容完成后再进行删除操作；

（4）如果是以链表形式存储的，则遍历整个链表查找元素，找到之后再删除；

（5）如果是以树形式存储的，则遍历树查找元素，找到之后再删除；

（6）如果是以树形式存储的，删除元素之后树较小，则退化成链表；

（7）如果确实删除了元素，则整个map元素个数减1，并返回旧值；

（8）如果没有删除元素，则返回null；

本篇文章结束，ConcurrentHashMap的大部分知识点分析完毕，下面一篇文章最后再分析一下TreeBin就收尾了！