1 为什么有ConcurrentHashMap
hashmap是非线程安全的，hashtable是线程安全的，但是所有的写和读方法都有synchronized，所以同一时间只有一个线程可以持有对象，多线程情况下锁竞争会比较激烈，严重影响性能。基于这种情况，Doug Lee大师写了一个ConcurrentHashMap类。ConcurrentHashMap是对多线程各种特性深刻理解的经典范例，学习多线程编程不得不学ConcurrentHashMap。
2 特性
ConcurrentHashMap通过锁拆分机制，降低了锁的争用，写时加锁，读时不加锁，降低了锁的持有时间，所以ConcurrentHashMap在高并发情况下的性能得到了大幅提升，ConcurrentHashMap非常适用于读多写少的场景中。
3 原理
3.1 锁拆分
ConcurrentHashMap引入了Segment，通过将键值做hash，数据可以均匀的分布到每个Segment中，每次put,remove等操作的时候，锁的都是当前的Segment，这样就减少了锁的争用。
4 整体类图和关键数据结构
4.1 类图
4.2 数据存储
代码片段1：
ConcurrentHashMap:
final int segmentMask;
final int segmentShift;
final Segment<K,V>[] segments;
代码片段2：
SegMent:
transient volatile int count;
transient int modCount;
transient int threshold;
transient volatile HashEntry<K,V>[] table;
final float loadFactor;
代码片段3：
HashEntry:
final K key;
final int hash;
volatile V value;
final HashEntry<K,V> next;
由上可见，ConcurrentHashMap由Segment数组组成，Segment由table数组组成，每一个table元素都是一个由HashEntry组成的链表结构，hash冲突时会存放到同一个table的链表结构中。键值对保存在HashEntry对象中。
依次插入A B C后，Segment结构示意图：
4.3 Segment特性
transient volatile HashEntry<K,V>[] table;
是volatile的，避免了读取时加锁，volatile特性约束变量的值在本地线程副本中修改后会立即同步到主线程中，保证了其他线程的可见性。
4.3 HashEntry
final K key;
final int hash;
volatile V value;
final HashEntry<K,V> next;
除value外，其他的属性都是final的，value是volatile类型的，都修饰为final表明不允许在此链表结构的中间或者尾部做添加删除操作，每次只允许操作链表的头部。删除元素后，删除元素之后的链表保持不变，删除元素之前的链表重新复制一份，并指向删除元素之后的元素。
例如删除C元素：
注意删除之后原来元素的顺序反转了。
5 关键点：
5.1 put
ConcurrentHashMap:
public V put(K key, V value) {
//不允许value为空
if (value == null)
throw new NullPointerException();
int hash = hash(key.hashCode());
//通过segmentFor(hash)找到找到数据所在的segment
//调用Segment的put方法完成put操作
return segmentFor(hash).put(key, hash, value, false);
}
Segment:
V put(K key, int hash, V value, boolean onlyIfAbsent) {
//put操作需要先获取锁
lock();
try {
int c = count;
//超出界限，进行rehash，table容量扩充1倍。
if (c++ > threshold) // ensure capacity
rehash();
//找到HashEntry的头
HashEntry<K,V>[] tab = table;
int index = hash & (tab.length - 1);
HashEntry<K,V> first = tab[index];
HashEntry<K,V> e = first;
//遍历查找key值是否已经存在
while (e != null && (e.hash != hash || !key.equals(e.key)))
e = e.next;
V oldValue;
if (e != null) {//如果已经存在，则直接替换value
oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent)
e.value = value;
}
else {//如果不存在，则插入到表头
oldValue = null;
++modCount;//用于记录链表结构化调整，跨段求size会用到
tab[index] = new HashEntry<K,V>(key, hash, first, value);
count = c; // write-volatile
}
return oldValue;
} finally {
unlock();
}
}
5.2 get
V get(Object key, int hash) {
if (count != 0) { // read-volatile
//获取hashentry的头
HashEntry<K,V> e = getFirst(hash);
while (e != null) {//遍历
if (e.hash == hash && key.equals(e.key)) {
V v = e.value;
if (v != null)
return v;
//因为put的value不允许为空，所以如果值为空，说明有其他线程正在构造hashentry对象，发生了指令重排序，所以加锁重新读取一次。
return readValueUnderLock(e); // recheck
}
e = e.next;
}
}
return null;
}
5.3 size
final Segment<K,V>[] segments = this.segments;
long sum = 0;
long check = 0;
int[] mc = new int[segments.length];
// Try a few times to get accurate count. On failure due to
// continuous async changes in table, resort to locking.
for (int k = 0; k < RETRIES_BEFORE_LOCK; ++k) {
check = 0;
sum = 0;
int mcsum = 0;
//遍历，并记录下每个Segment的modCount值
for (int i = 0; i < segments.length; ++i) {
sum += segments[i].count;
mcsum += mc[i] = segments[i].modCount;
}
if (mcsum != 0) {
//再遍历一次，看2次是否相同，如果不相同则再试一次，如果相同则返回size.
for (int i = 0; i < segments.length; ++i) {
check += segments[i].count;
if (mc[i] != segments[i].modCount) {
check = -1; // force retry
break;
}
}
}
if (check == sum)
break;
}
//尝试2次后，如果仍然不相等，则加锁重新读一遍。
if (check != sum) { // Resort to locking all segments
sum = 0;
for (int i = 0; i < segments.length; ++i)
segments[i].lock();
for (int i = 0; i < segments.length; ++i)
sum += segments[i].count;
for (int i = 0; i < segments.length; ++i)
segments[i].unlock();
}
if (sum > Integer.MAX_VALUE)
return Integer.MAX_VALUE;
else
return (int)sum;
6. 思考
6.1 为什么查询可以不加锁？
1）通过HashEntry的不变性降低读操作加锁的需求。
HashEntry的属性key,next,hash都是final类型的，保证只能在头部修改链表，另外value设置为了volatile，保证了写线程写入后，其他读线程都可以看到新值。
非结构化修改：对于非结构化修改，因为value是volatile类型的，所以写线程修改后，读线程立刻可以看到修改后的值。
结构化修改：a)put，由于put插入到链表的表头，链表中的原有节点并没有改变，所以读线程可以正常遍历原有的链表
b)remove ，参见4.3中的图，原有链表也继续保留，所以读线程可以正常遍历链表。
2)用volatile变量协调读写线程的可见性
假设线程M写入count后，线程N读取count。
根据happen-before法则，A happen-before B, C happen-before D, 又根据volatile法则，B happen-bofere C，所以根据传递规则A happen-before D。
从get的代码中看，get会首先读取count，所以读线程能够看到之前对链表做的修改。
6.2 什么时候会造成数据不一致？
线程A先做put操作，线程B后做get操作。
假设put执行到红色注释处，切换到线程B则读到的是线程A put之前的操作，这个概率比较小，并且是允许的，如果要保证严格的一致性，那么只有给读操作加锁。这也印证了每种技术都有其适用的场景那句话，ConcurrentHashMap适用在读多写少的场景下。
V put(K key, int hash, V value, boolean onlyIfAbsent) {
lock();
try {
int c = count;
if (c++ > threshold) // ensure capacity
rehash();
HashEntry<K,V>[] tab = table;
int index = hash & (tab.length - 1);
HashEntry<K,V> first = tab[index];
HashEntry<K,V> e = first;
while (e != null && (e.hash != hash || !key.equals(e.key)))
e = e.next;
//-------------put执行到此处-----------
V oldValue;
if (e != null) {
oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent)
e.value = value;
}
else {
oldValue = null;
++modCount;
tab[index] = new HashEntry<K,V>(key, hash, first, value);
count = c; // write-volatile
}
return oldValue;
} finally {
unlock();
}
}
7 参考资料：
http://blog.csdn.net/ykdsg/article/details/6257449
http://bhdweb.iteye.com/blog/1722431
http://bhdweb.iteye.com/blog/1722432
http://www.360doc.com/content/12/1105/20/9462341_246041701.shtml
http://www.gznote.com/2014/04/concurrenthashmap%E6%BA%90%E7%A0%81%E5%88%86%E6%9E%90.html *
http://www.iteye.com/topic/344876
http://andy136566.iteye.com/blog/1070493