ConcurrentHashMap 从Java7 到 Java8的改变

一、关于分段锁

1.分段锁发展概况

集合框架很大程度减少了java程序员的重复劳动。在Java多线程环境中，以线程安全的方式使用集合类是一个首先考虑的问题。

能够保证线程安全的哈希表中，ConcurrentHashMap是大家都熟知的，也知道它内部使用了分段锁。然而，进入到Java8时代，分段锁成为了历史。

2.新版本ConcurrentHashMap

在Java8的ConcurrentHashMap中，分段锁仅用来处理对象流。

Java7中，Segment继承于ReentrantLock使用了显示锁，在Segment的实例方法中，每个更新操作内部又使用Unsafe来处理更新。这显然是一种浪费。显示锁、Unsafe 这二者都是可以保证对对象的原子操作。使用一个即可。

Java7中的数据存储在数组 final Segment<K,V>[] segments; 这个一个特定大小的Segment数组，

Segment继承于ReentrantLock 故而可以在更新操作时使用显示锁。

二、Java7的ConcurrentHashMap

java7中，ConcurrentHashMap的内部类Segment.

Segment继承了ReetrantLock，利用了显示锁，同时在更新操作中也使用了Unsafe.双管齐下来保证线程安全。

static final class Segment<K,V> extends ReentrantLock implements Serializable {
        private static final long serialVersionUID = 2249069246763182397L;
        // tryLock()最多等待时间
        static final int MAX_SCAN_RETRIES =
            Runtime.getRuntime().availableProcessors() > 1 ? 64 : 1;
        // 分段表，元素通过entryAt/setEntryAt这两个方法提供了瞬时操作。
        transient volatile HashEntry<K,V>[] table;
        // 元素数量，通过锁或可见性地瞬时读取
        transient int count;
        // 修改次数
        transient int modCount;
        // 表大小超出threshold时，重新哈希运算。它的值 = (int)(capacity*loadFactor)
        transient int threshold;
        // 负载因子
        final float loadFactor;
        final V put(K key, int hash, V value, boolean onlyIfAbsent) {
            HashEntry<K,V> node = tryLock() ? null :
                scanAndLockForPut(key, hash, value);
            V oldValue;
            try {
                HashEntry<K,V>[] tab = table;
                int index = (tab.length - 1) & hash;
                HashEntry<K,V> first = entryAt(tab, index);
                for (HashEntry<K,V> e = first;;) {
                    if (e != null) {
                        K k;
                        if ((k = e.key) == key ||
                            (e.hash == hash && key.equals(k))) {
                            oldValue = e.value;
                            if (!onlyIfAbsent) {
                                e.value = value;
                                ++modCount;
                            }
                            break;
                        }
                        e = e.next;
                    }
                    else {
                        if (node != null)
                            node.setNext(first);
                        else
                            node = new HashEntry<K,V>(hash, key, value, first);
                        int c = count + 1;
                        if (c > threshold && tab.length < MAXIMUM_CAPACITY)
                            rehash(node);
                        else
                            setEntryAt(tab, index, node);
                        ++modCount;
                        count = c;
                        oldValue = null;
                        break;
                    }
                }
            } finally {
                unlock();
            }
            return oldValue;
        }
        /**
            移除：value为null时，只匹配key,否则，两个都匹配
         */
        final V remove(Object key, int hash, Object value) {
            if (!tryLock())
                scanAndLock(key, hash);
            V oldValue = null;
            try {
                HashEntry<K,V>[] tab = table;
                int index = (tab.length - 1) & hash;
                HashEntry<K,V> e = entryAt(tab, index);
                HashEntry<K,V> pred = null;
                while (e != null) {
                    K k;
                    HashEntry<K,V> next = e.next;
                    if ((k = e.key) == key ||
                        (e.hash == hash && key.equals(k))) {
                        V v = e.value;
                        if (value == null || value == v || value.equals(v)) {
                            if (pred == null)
                              //  这里是cas操作
                                setEntryAt(tab, index, next);
                            else
                                pred.setNext(next);
                            ++modCount;
                            --count;
                            oldValue = v;
                        }
                        break;
                    }
                    pred = e;
                    e = next;
                }
            } finally {
                unlock();
            }
            return oldValue;
        }
        final void clear() {
            lock();
            try {
                HashEntry<K,V>[] tab = table;
                for (int i = 0; i < tab.length ; i++)
                // Unsafe 操作
                setEntryAt(tab, i, null);
                ++modCount;
                count = 0;
            } finally {
                unlock();
            }
        }
    }

三、Java8的ConcurrentHashMap

Java8中，ConcurrentHashMap较之前版本有了很大的改变。

使用Node数组替代了Segment数组来存储数据。Node数组中不再使用显示锁，而是Unsafe的乐观锁机制。

Segment予以保留，仅用来处理对象流的读写。

从如下Java8版本的ConcurrentHashMap$Segment源码来看，分段锁，基本弃用了。

static class Segment<K,V> extends ReentrantLock implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 2249069246763182397L;
    final float loadFactor;
    Segment(float lf) { this.loadFactor = lf; }
}