结论先行，细节在下面

jdk1.7是如何解决并发问题的以及完整流程

一.首先new一个concurrentHashMap

调用默认构造方法

二.初始化

初始化initialCapacity（默认是16，指一个segment内Entry的数量），loadFactor（默 认0.75f，负载因子），初始化concurrentLevel（默认是16，segment数量）。
1.校验传入的参数是否符合规定
2.计算concurrentLevel、segementMask（掩码）和segementShift（移位数）
3.计算每个segment中的Entry数组大小，默认且最小为2
4.此时你得到了一个segment对象，调用UNSAFE.putOrderedObject方法，利用CAS将 此segment对象放在segment数组下标为0的位置，其余15个位置为null

三.初始化完开始使用。先put一个键值对进去

1.判断value是否为空，为空直接报错
2.计算hash值。int j = (hash >>> segmentShift) & segmentMask
先用segementShift将32位的hash右移28位，剩4位，再与segmentMask(二进制码，具体数值为1111)进行与运算，得到j，此时segment[j]还是null，不像segment[0]已经初始化，那么调用ensureSegment(j）初始化segment[j]
3.上来第一步先 tryLock() ? null : scanAndLockForPut(key, hash, value);
如果tryLock失败，也就是没拿到独占锁，将调用scanAndLockForPut方法，这个方法大概是循环尝试tryLock（），尝试次数到一定后，将调用lock()进行阻塞，直到拿到锁
4.获取锁成功后，hash计算entry下标，int index = (tab.length - 1) & hash
5.遍历链表，有数据就覆盖，没数据就头插
6.判断是否需要扩容
7.释放锁

四.扩容

1.定义threshold = (int)(newCapacity * loadFactor)，只要threshold小于map中实际存入的元素大小，就开始扩容；entry数组一次扩容成原来的两倍
2.用rehash方法，计算新的掩码segmentMask，然后遍历原数组，老套路，将原数组位置 i 处的链表拆分到 新数组位置 i 和 i+oldCap 两个位置（原理HashMap那里说过）
3.最后插入新节点

五.get方法

第一次计算hash定位segment，第二次hash定位entry，然后返回。

六.并发问题的解决

注意到，get没有加锁，put和remove都加上了独占锁，需要考虑的问题就是 get 的时候在同一个 segment 中发生了 put 或 remove 操作，会发生什么
1.对于put
第一个问题是：初始化segment是用CAS将segment对象放入segment数组index为0的位置的；
第二个问题是：put进entry是头插，如果此时get操作已经遍历到链表中间，无影响。但是还需要保证put之后get要找的到刚被插入的头节点，这个依赖于 setEntryAt 方法中使用的 UNSAFE.putOrderedObject；
第三个问题是：扩容也有并发。扩容是新创建了数组，然后进行迁移数据，最后面将 newTable 设置给属性 table，get操作会在旧table上进行，不影响，如果put先行，扩容后行，那么 put 操作的可见性保证就是 table 使用了 volatile 关键字。

jdk1.8是如何解决并发问题的以及完整流程

一.首先new一个concurrentHashMap

调用默认构造方法，需要注意的是，1.8摒弃了segment这个概念，引入了红黑树这个数据结构，加锁则采用CAS和synchronized实现

二.构造函数内部操作。

维护一个sizeCtl = (1.5 * initialCapacity + 1) 再向上取最近的2的倍数。比如initialCapacity = 10，则sizeCtl = 16。sizeCtl的使用场景很多。
构造函数只是计算值而已，初始化操作延迟到真正操作数据的时候。

三.put过程分析

1.key或value==null直接抛错误。
2.hash = spread（key.hashCode()），得到hash值，定义binCount记录链表长度。
3. if 数组为空，初始化数组（这里才真正初始化数组）；如果已经初始化，找出该hash值对应的数组下标，得到第一个节点
else if 该位置尚未有任何节点，利用CAS将新节点放入。put逻辑基本结束。
else if hash == MOVED，说明在扩容，转而帮助其数据迁移。
else 此时节点存在，也不为空。
在这个 else 下，又有两个判断：
如果hash >= 0，说明是链表
如果节点f instanceof TreeBin，说明是红黑树
对应不同的插入逻辑
4.进行完以上判断，开始进入判断是否将链表转化成红黑树的阶段
if(binCount >= TREEIFY_THRESHOLD) 也就是第三步的第二小步定义的binCount记录着本链表的长度，大于等于8就转红黑树

四.真正对数组的初始化

initTable方法
初始化一个合适大小的数组，然后会设置 sizeCtl。
初始化方法中的并发问题是通过对 sizeCtl 进行一个 CAS 操作来控制的
U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)，将sizeCtl改成-1，代表抢到锁
接下来就是各种赋初值，比如数组长度什么的。

五.链表转红黑树

treeifyBin方法
treeifyBin 不一定就会进行红黑树转换，也可能是仅仅做数组扩容
如果数组长度小于 64 的时候，其实也就是 32 或者 16 或者更小的时候，会进行数组扩容，而不是转化为红黑树。
如果需要转化，那么用synchronized加锁，将链表变成红黑树，然后返回头结点，设置 到数组相应的位置上。

六.扩容机制

tryPresize方法
这个方法的核心在于对 sizeCtl 值的操作，首先将其设置为一个负数，然后执行 transfer(tab, null)，再下一个循环将 sizeCtl 加 1，并执行 transfer(tab, nt)，之后可能是继续 sizeCtl 加 1，并执行 transfer(tab, nt)
所以，可能的操作就是执行 1 次 transfer(tab, null) + 多次 transfer(tab, nt)，这里怎么结束循环的需要看完 transfer 源码才清楚
总的来说，肯定是得把老数组的东西拷贝到新数组里面，然后引用指向新数组，这样就行了，怎么拷贝呢？用transfer方法
原理太复杂，大概意思就是将一个大数组分割成很多个小部分，可以令每个线程负责转移一部分数据，转移数据的时候，会锁头节点或者根节点，转移后一个位置，就会在那个位置放置一个特殊的节点，该节点hash值为-1，表示该位置已经转移

七.get 过程分析

计算hash，利用hash定位。
如果为null，返回null；
如果刚好是需要的，那就返回；
如果hash < 0，说明正扩容，用find方法找；
如果上面都不满足，说明是链表，直接往后遍历即可。

八.并发问题的解决

1.初始化时：在initTable方法内可以看到，通过CAS判断当前是否有其他线程在初始化，如果有，那么当前线程会被阻塞，一直CAS自旋等到数组初始化成功。
2.扩容时：将数组分割成若干份，允许多个线程一起扩容，一起转移数据，每个线程在负责自己那一part的数据转移时，会对头结点加锁。
3.插入时：位置为空时，CAS插入；不为空时，对头结点加锁，再插入。

上面是总结，速度过一遍；下面是细节，仔细看一遍

正式绪论

JDK1.7之前的ConcurrentHashMap使用分段锁机制实现，JDK1.8则使用数组+链表+红黑树数据结构和CAS原子操作实现ConcurrentHashMap；本文将分别介绍这两种方式的实现方案及其区别。

请带着这些问题学习。

为什么HashTable慢

Hashtable之所以效率低下主要是因为其实现使用了synchronized关键字对put等操作进行加锁，而synchronized关键字加锁是对整个对象进行加锁，也就是说在进行put等修改Hash表的操作时，锁住了整个Hash表，从而使得其表现的效率低下。

JDK1.7版本

在JDK1.5~1.7版本，Java使用了分段锁机制实现ConcurrentHashMap. 简而言之，ConcurrentHashMap在对象中保存了一个Segment数组，即将整个Hash表划分为多个分段；而每个Segment元素，即每个分段则类似于一个Hashtable；这样，在执行put操作时首先根据hash算法定位到元素属于哪个Segment，然后对该Segment加锁即可。因此，ConcurrentHashMap在多线程并发编程中可是实现多线程put操作。接下来分析JDK1.7版本中ConcurrentHashMap的实现原理。

segment

整个 ConcurrentHashMap 由一个个 Segment 组成，Segment 代表”部分“或”一段“的意思，所以很多地方都会将其描述为分段锁。注意，行文中，我很多地方用了“槽”来代表一个 segment。
简单理解就是，ConcurrentHashMap 是一个 Segment 数组，Segment 通过继承 ReentrantLock 来进行加锁，所以每次需要加锁的操作锁住的是一个 segment，这样只要保证每个 Segment 是线程安全的，也就实现了全局的线程安全。


concurrentLevel：是一个int数值，命名为并发数，默认是16。也就是说，一个map中有16个segment，于是map支持16个线程并发写，只要他们分别操作这16个segment。
可以人为在初始化时设置成其他值，一旦指定，不可扩容。

segment的内部

在使用之前先初始化map，调用上图的方法，initialCapacity是初始容量，loadFactor是负载因子，concurrentLevel是并发数，也是segment的数量。
如果调用无参构造方法，那么我将得到：

segmentMask要等于数组长度减一，比如16 - 1 = 15，二进制码是1111，可以更好地保证散列的均匀性；
segmentShift是移位数，由于hash是32位的，它设为28的话，可以使hash无符号右移28位，剩下4个高位数，而这四位再和1111(也就是segmentMask)做一次与运算就可以转换为segment数组的下标，因为4位二进制数可以表示数字0~15，segment数组下标也是从0到15。

public V put(K key, V value) {Segment<K,V> s;if (value == null)throw new NullPointerException();// 1. 计算 key 的 hash 值int hash = hash(key);// 2. 根据 hash 值找到 Segment 数组中的位置 j//    hash 是 32 位，无符号右移 segmentShift(28) 位，剩下高 4 位，//    然后和 segmentMask(15) 做一次与操作，也就是说 j 是 hash 值的高 4 位，也就是槽的数组下标int j = (hash >>> segmentShift) & segmentMask;// 刚刚说了，初始化的时候初始化了 segment[0]，但是其他位置还是 null，// ensureSegment(j) 对 segment[j] 进行初始化if ((s = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObject          // nonvolatile; recheck(segments, (j << SSHIFT) + SBASE)) == null) //  in ensureSegments = ensureSegment(j);// 3. 插入新值到 槽 s 中return s.put(key, hash, value, false);
}

这里主要是为了计算出segment的下标，也就是该存到哪个segment下。
之后会进入segment内部获取锁，然后正式插入数据。

PUT方法的细节

初始化槽: ensureSegment(int k)方法

ConcurrentHashMap 初始化的时候会初始化第一个槽 segment[0]，对于其他槽来说，在插入第一个值的时候进行初始化。
这里需要考虑并发，因为很可能会有多个线程同时进来初始化同一个槽 segment[k]，不过只要有一个成功了就可以。

初始化第一个槽的原因

拿segment[0]这个最先被初始化且被操作的当做榜样，利用[0]去初始化[k]。
总的来说，ensureSegment(int k) 比较简单，对于并发操作使用 CAS 进行控制。

获取写入锁方法scanAndLockForPut(K key, int hash, V value)

在往某个 segment 中 put 的时候，首先会调用 node = tryLock() ? null : scanAndLockForPut(key, hash, value)，也就是说先进行一次 tryLock() 快速获取该 segment 的独占锁，如果失败，那么进入到 scanAndLockForPut 这个方法来获取锁。

这个方法有两个出口，一个是 tryLock() 成功了，循环终止，另一个就是重试次数超过了 MAX_SCAN_RETRIES，进到 lock() 方法，此方法会阻塞等待，直到成功拿到独占锁。 这个方法就是看似复杂，但是其实就是做了一件事，那就是获取该 segment 的独占锁，如果需要的话顺便实例化了一下 node。

扩容：rehash

扩容是 segment 数组某个位置内部的数组 HashEntry<K,V>[] 进行扩容，扩容后，容量为原来的 2 倍。
注意到，在put方法里，会判断该值插入后是否会导致超出阈值，超了就先扩容再插。

get方法

计算 hash 值，找到 segment 数组中的具体位置，或我们前面用的“槽”
槽中也是一个数组，根据 hash 找到数组中具体的位置
到这里是链表了，顺着链表进行查找即可

并发问题分析

JDK1.8版本

写在前面

在JDK1.7之前，ConcurrentHashMap是通过分段锁机制来实现的，所以其最大并发度受Segment的个数限制。因此，在JDK1.8中，ConcurrentHashMap的实现原理摒弃了这种设计，而是选择了与HashMap类似的数组+链表+红黑树的方式实现，而加锁则采用CAS和synchronized实现。

数据结构

构造函数

// 这构造函数里，什么都不干
public ConcurrentHashMap() {
}
public ConcurrentHashMap(int initialCapacity) {if (initialCapacity < 0)throw new IllegalArgumentException();int cap = ((initialCapacity >= (MAXIMUM_CAPACITY >>> 1)) ?MAXIMUM_CAPACITY :tableSizeFor(initialCapacity + (initialCapacity >>> 1) + 1));this.sizeCtl = cap;
}

sizeCtl = 【 (1.5 * initialCapacity + 1)，然后向上取最近的 2 的 n 次方】。如 initialCapacity 为 10，那么得到 sizeCtl 为 16，如果 initialCapacity 为 11，得到 sizeCtl 为 32。

PUT方法

著作权归https://pdai.tech所有。
链接：https://www.pdai.tech/md/java/thread/java-thread-x-juc-collection-ConcurrentHashMap.htmlpublic V put(K key, V value) {return putVal(key, value, false);
}
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();// 得到 hash 值int hash = spread(key.hashCode());// 用于记录相应链表的长度int binCount = 0;for (Node<K,V>[] tab = table;;) {Node<K,V> f; int n, i, fh;// 如果数组"空"，进行数组初始化if (tab == null || (n = tab.length) == 0)// 初始化数组，后面会详细介绍tab = initTable();// 找该 hash 值对应的数组下标，得到第一个节点 felse if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {// 如果数组该位置为空，//    用一次 CAS 操作将这个新值放入其中即可，这个 put 操作差不多就结束了，可以拉到最后面了//          如果 CAS 失败，那就是有并发操作，进到下一个循环就好了if (casTabAt(tab, i, null,new Node<K,V>(hash, key, value, null)))break;                   // no lock when adding to empty bin}// hash 居然可以等于 MOVED，这个需要到后面才能看明白，不过从名字上也能猜到，肯定是因为在扩容else if ((fh = f.hash) == MOVED)// 帮助数据迁移，这个等到看完数据迁移部分的介绍后，再理解这个就很简单了tab = helpTransfer(tab, f);else { // 到这里就是说，f 是该位置的头节点，而且不为空V oldVal = null;// 获取数组该位置的头节点的监视器锁synchronized (f) {if (tabAt(tab, i) == f) {if (fh >= 0) { // 头节点的 hash 值大于 0，说明是链表// 用于累加，记录链表的长度binCount = 1;// 遍历链表for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {K ek;// 如果发现了"相等"的 key，判断是否要进行值覆盖，然后也就可以 break 了if (e.hash == hash &&((ek = e.key) == key ||(ek != null && key.equals(ek)))) {oldVal = e.val;if (!onlyIfAbsent)e.val = value;break;}// 到了链表的最末端，将这个新值放到链表的最后面Node<K,V> pred = e;if ((e = e.next) == null) {pred.next = new Node<K,V>(hash, key,value, null);break;}}}else if (f instanceof TreeBin) { // 红黑树Node<K,V> p;binCount = 2;// 调用红黑树的插值方法插入新节点if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,value)) != null) {oldVal = p.val;if (!onlyIfAbsent)p.val = value;}}}}if (binCount != 0) {// 判断是否要将链表转换为红黑树，临界值和 HashMap 一样，也是 8if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)// 这个方法和 HashMap 中稍微有一点点不同，那就是它不是一定会进行红黑树转换，// 如果当前数组的长度小于 64，那么会选择进行数组扩容，而不是转换为红黑树//    具体源码我们就不看了，扩容部分后面说treeifyBin(tab, i);if (oldVal != null)return oldVal;break;}}}// addCount(1L, binCount);return null;
}

初始化数组: initTable

这个比较简单，主要就是初始化一个合适大小的数组，然后会设置 sizeCtl。

初始化方法中的并发问题是通过对 sizeCtl 进行一个 CAS 操作来控制的。

private final Node<K,V>[] initTable() {Node<K,V>[] tab; int sc;while ((tab = table) == null || tab.length == 0) {// 初始化的"功劳"被其他线程"抢去"了if ((sc = sizeCtl) < 0)Thread.yield(); // lost initialization race; just spin// CAS 一下，将 sizeCtl 设置为 -1，代表抢到了锁else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {try {if ((tab = table) == null || tab.length == 0) {// DEFAULT_CAPACITY 默认初始容量是 16int n = (sc > 0) ? sc : DEFAULT_CAPACITY;// 初始化数组，长度为 16 或初始化时提供的长度Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n];// 将这个数组赋值给 table，table 是 volatile 的table = tab = nt;// 如果 n 为 16 的话，那么这里 sc = 12// 其实就是 0.75 * nsc = n - (n >>> 2);}} finally {// 设置 sizeCtl 为 sc，我们就当是 12 吧sizeCtl = sc;}break;}}return tab;
}

数组转红黑树

前面我们在 put 源码分析也说过，treeifyBin 不一定就会进行红黑树转换，也可能是仅仅做数组扩容。我们还是进行源码分析吧。

private final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int index) {Node<K,V> b; int n, sc;if (tab != null) {// MIN_TREEIFY_CAPACITY 为 64// 所以，如果数组长度小于 64 的时候，其实也就是 32 或者 16 或者更小的时候，会进行数组扩容if ((n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)// 后面我们再详细分析这个方法tryPresize(n << 1);// b 是头节点else if ((b = tabAt(tab, index)) != null && b.hash >= 0) {// 加锁synchronized (b) {if (tabAt(tab, index) == b) {// 下面就是遍历链表，建立一颗红黑树TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;for (Node<K,V> e = b; e != null; e = e.next) {TreeNode<K,V> p =new TreeNode<K,V>(e.hash, e.key, e.val,null, null);if ((p.prev = tl) == null)hd = p;elsetl.next = p;tl = p;}// 将红黑树设置到数组相应位置中setTabAt(tab, index, new TreeBin<K,V>(hd));}}}}
}

扩容: tryPresize

如果说 Java8 ConcurrentHashMap 的源码不简单，那么说的就是扩容操作和迁移操作。 这个方法要完完全全看懂还需要看之后的 transfer 方法，读者应该提前知道这点。 这里的扩容也是做翻倍扩容的，扩容后数组容量为原来的 2 倍。

著作权归https://pdai.tech所有。
链接：https://www.pdai.tech/md/java/thread/java-thread-x-juc-collection-ConcurrentHashMap.html// 首先要说明的是，方法参数 size 传进来的时候就已经翻了倍了
private final void tryPresize(int size) {// c: size 的 1.5 倍，再加 1，再往上取最近的 2 的 n 次方。int c = (size >= (MAXIMUM_CAPACITY >>> 1)) ? MAXIMUM_CAPACITY :tableSizeFor(size + (size >>> 1) + 1);int sc;while ((sc = sizeCtl) >= 0) {Node<K,V>[] tab = table; int n;// 这个 if 分支和之前说的初始化数组的代码基本上是一样的，在这里，我们可以不用管这块代码if (tab == null || (n = tab.length) == 0) {n = (sc > c) ? sc : c;if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {try {if (table == tab) {@SuppressWarnings("unchecked")Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n];table = nt;sc = n - (n >>> 2); // 0.75 * n}} finally {sizeCtl = sc;}}}else if (c <= sc || n >= MAXIMUM_CAPACITY)break;else if (tab == table) {// 我没看懂 rs 的真正含义是什么，不过也关系不大int rs = resizeStamp(n);if (sc < 0) {Node<K,V>[] nt;if ((sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs || sc == rs + 1 ||sc == rs + MAX_RESIZERS || (nt = nextTable) == null ||transferIndex <= 0)break;// 2. 用 CAS 将 sizeCtl 加 1，然后执行 transfer 方法//    此时 nextTab 不为 nullif (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1))transfer(tab, nt);}// 1. 将 sizeCtl 设置为 (rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2)//     我是没看懂这个值真正的意义是什么? 不过可以计算出来的是，结果是一个比较大的负数//  调用 transfer 方法，此时 nextTab 参数为 nullelse if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc,(rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2))transfer(tab, null);}}
}

这个方法的核心在于 sizeCtl 值的操作，首先将其设置为一个负数，然后执行 transfer(tab, null)，再下一个循环将 sizeCtl 加 1，并执行 transfer(tab, nt)，之后可能是继续 sizeCtl 加 1，并执行 transfer(tab, nt)。 所以，可能的操作就是执行 1 次 transfer(tab, null) + 多次 transfer(tab, nt)，这里怎么结束循环的需要看完 transfer 源码才清楚。

transfer数据迁移方法

太麻烦了

get方法

get 方法从来都是最简单的，这里也不例外:
计算 hash 值 根据 hash 值找到数组对应位置: (n - 1) & h
根据该位置处结点性质进行相应查找
如果该位置为 null，那么直接返回 null 就可以了
如果该位置处的节点刚好就是我们需要的，返回该节点的值即可
如果该位置节点的 hash 值小于 0，说明正在扩容，或者是红黑树，后面我们再介绍 find 方法
如果以上 3 条都不满足，那就是链表，进行遍历比对即可

两个版本的区别

参考资料

https://www.pdai.tech/md/java/thread/java-thread-x-juc-collection-ConcurrentHashMap.html