本文主要是介绍Hashtable，ConcurrentHashMap与Collections.synchronizedMap关键源码，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

一，Collections.synchronizedMap

1，构造

    public static <K,V> Map<K,V> synchronizedMap(Map<K,V> m) {
        return new SynchronizedMap<>(m);
    }

Collections.synchronizedMap返回的是一个Map，所以构造时举例如下

Map<String, String> map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<String, String>());

2，为什么线程安全

如下图，synchronizedMap内其实有一个普通的Map以及排斥锁mutex，并且如果我们使用上面的构造方法的话，传入了一个map对象，所以，mutex排斥锁对象赋值为 mutex = this,就是调用synchronizedMap的对象。

所以创建出synchronizedMap之后，再操作map的话，各种方法都上锁了，如下

        public int size() {
            synchronized (mutex) {return m.size();}
        }
        public boolean isEmpty() {
            synchronized (mutex) {return m.isEmpty();}
        }
        public boolean containsKey(Object key) {
            synchronized (mutex) {return m.containsKey(key);}
        }
        public boolean containsValue(Object value) {
            synchronized (mutex) {return m.containsValue(value);}
        }
        public V get(Object key) {
            synchronized (mutex) {return m.get(key);}
        }

        public V put(K key, V value) {
            synchronized (mutex) {return m.put(key, value);}
        }
        public V remove(Object key) {
            synchronized (mutex) {return m.remove(key);}
        }
        public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> map) {
            synchronized (mutex) {m.putAll(map);}
        }
        public void clear() {
            synchronized (mutex) {m.clear();}
        }

所以说Collections.synchronizedMap是线程安全的，但是又因为锁的都是当前整个map，锁的粒度太大，所以Collections.synchronizedMap效率不高。

二，Hashtable

1，主要参数

  // Entry组成的链表数组
  private transient Entry<?,?>[] table;

  // 实际元素个数
  private transient int count;

 /**
   * The table is rehashed when its size exceeds this threshold.  (The
   * value of this field is (int)(capacity * loadFactor).)
   *
   * @serial
   */
  // 扩容的阈值 等于(int)(capacity * loadFactor).)
  private int threshold
  
  // 负载因子 默认0.75 
  private float loadFactor;

2，构造方法，无参和有参 

    // 无参构造方法 默认初始化容量为11 负载因子为0.75f
    public Hashtable() {
        this(11, 0.75f);
    }

    // 有参构造方法 初始化数组容量为initialCapacity 负载因子为0.75f
    public Hashtable(int initialCapacity) {
        this(initialCapacity, 0.75f);
    }

    public Hashtable(int initialCapacity, float loadFactor) {
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Load: "+loadFactor);

        if (initialCapacity==0)
            initialCapacity = 1;
        this.loadFactor = loadFactor;
        table = new Entry<?,?>[initialCapacity];
        //  private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
        //  正常来说  initialCapacity * loadFactor 等于扩容阈值
        threshold = (int)Math.min(initialCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
    }
    
    // 这里与HashMap一致，size是实际 Entry<?,?>[] 数组内元素数量
    public synchronized int size() {
        return count;
    }
    

3，put方法(扩容)

    // 加锁，保证线程安全
    public synchronized V put(K key, V value) {
        // Make sure the value is not null
        if (value == null) {
            throw new NullPointerException();
        }

        // Makes sure the key is not already in the hashtable.
        Entry<?,?> tab[] = table;
     
        // key的hash，HashTable不允许key为空，而HashTable可以
        int hash = key.hashCode();
        
        // 计算index hash与int的最大值 与运算后 除tab.length 取余数
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;

        @SuppressWarnings("unchecked")
        Entry<K,V> entry = (Entry<K,V>)tab[index];
        for(; entry != null ; entry = entry.next) {
            if ((entry.hash == hash) && entry.key.equals(key)) {
                V old = entry.value;
                entry.value = value;
                return old;
            }
        }

        addEntry(hash, key, value, index);
        return null;
    }

    private void addEntry(int hash, K key, V value, int index) {
        Entry<?,?> tab[] = table;
        
        // 当容量达到阈值时，
        if (count >= threshold) {
            // Rehash the table if the threshold is exceeded
            // 进行扩容 rehash
            rehash();

            tab = table;
            hash = key.hashCode();
            index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        }

        // Creates the new entry.
        @SuppressWarnings("unchecked")
        Entry<K,V> e = (Entry<K,V>) tab[index];
        tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, e);
        count++;
        modCount++;
    }
    
    // 扩容方法
    @SuppressWarnings("unchecked")
    protected void rehash() {
        int oldCapacity = table.length;
        Entry<?,?>[] oldMap = table;

        // overflow-conscious code
        // 新的数组等于就数组长度*2 + 1
        int newCapacity = (oldCapacity << 1) + 1;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) {
            if (oldCapacity == MAX_ARRAY_SIZE)
                // Keep running with MAX_ARRAY_SIZE buckets
                return;
            newCapacity = MAX_ARRAY_SIZE;
        }
        Entry<?,?>[] newMap = new Entry<?,?>[newCapacity];

        modCount++;
        threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
        table = newMap;

        for (int i = oldCapacity ; i-- > 0 ;) {
            for (Entry<K,V> old = (Entry<K,V>)oldMap[i] ; old != null ; ) {
                Entry<K,V> e = old;
                old = old.next;

                int index = (e.hash & 0x7FFFFFFF) % newCapacity;
                e.next = (Entry<K,V>)newMap[index];
                newMap[index] = e;
            }
        }
    }
    

4，remove方法

     // 有锁
     public synchronized V remove(Object key) {
        Entry<?,?> tab[] = table;
        int hash = key.hashCode();
        
        // 计算元素index
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        @SuppressWarnings("unchecked")
        Entry<K,V> e = (Entry<K,V>)tab[index];
        
        // 循环遍历
        for(Entry<K,V> prev = null ; e != null ; prev = e, e = e.next) {
            if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
                if (prev != null) {
                    prev.next = e.next;
                } else {
                    tab[index] = e.next;
                }
                modCount++;
                count--;
                V oldValue = e.value;
                e.value = null;
                return oldValue;
            }
        }
        return null;
    }

5，replace方法

    // 有锁
    public synchronized V replace(K key, V value) {
        Objects.requireNonNull(value);
        Entry<?,?> tab[] = table;
        int hash = key.hashCode();
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        @SuppressWarnings("unchecked")
        Entry<K,V> e = (Entry<K,V>)tab[index];
        for (; e != null; e = e.next) {
            if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                return oldValue;
            }
        }
        return null;
    }

6，get方法

    // 有锁
    public synchronized V get(Object key) {
        Entry<?,?> tab[] = table;
        int hash = key.hashCode();
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        for (Entry<?,?> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
            if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
                return (V)e.value;
            }
        }
        return null;
    }

7，Hashtable 与 HashMapyu 不同点

       此处总结来自 https://aobing.blog.csdn.net/article/details/103589011

7.1键或者值是否允许为null

Hashtable 是不允许键或值为 null 的，HashMap 的键值则都可以为 null。

Hashtable使⽤的是安全失败机制（fail-safe），这种机制会使你此次读到的数据不⼀定是最新的数据。

如果你使⽤null值，就会使得其⽆法判断对应的key是不存在还是为空，因为你⽆法再调⽤⼀次 contain(key）来对key是否存在进⾏判断，ConcurrentHashMap同理。

7.2实现⽅式不同

  Hashtable 继承了 Dictionary类，⽽ HashMap 继承的是 AbstractMap 类。

7.2 初始化容量不同

  HashMap 的初始容量为：16，Hashtable 初始容量为：11，两者的负载因⼦默 认都是：0.75f。

7.3 扩容机制不同

  当现有容量⼤于总容量 * 负载因⼦时，HashMap 扩容规则为当前容量翻倍， Hashtable 扩容规则为当前容量翻倍 + 1。

7.4 迭代器不同

  HashMap 中的 Iterator 迭代器是 fail-fast 的，⽽ Hashtable 的 Enumerator 不是 fail-fast 的。 所以，当其他线程改变了HashMap 的结构，如：增加、删除元素，将会抛出 ConcurrentModificationException 异常，⽽ Hashtable 则不会。

7.5 快速失败(fail-fast)与安全失败(fail-safe)机制

摘抄自菜鸟教程 -->  https://www.runoob.com/w3cnote/java-fail-ast-fail-safe.html

快速失败(fail-fast)

      在用迭代器遍历一个集合对象时，如果遍历过程中对集合对象的内容进行了修改（增加、删除、修改），则会抛出 Concurrent Modification Exception。

      原理：迭代器在遍历时直接访问集合中的内容，并且在遍历过程中使用一个 modCount 变量。集合在被遍历期间如果内容发生变化，就会改变 modCount 的值。每当迭代器使用 hashNext()/next() 遍历下一个元素之前，都会检测 modCount 变量是否为                  expectedmodCount 值，是的话就返回遍历；否则抛出异常，终止遍历。

      注意：这里异常的抛出条件是检测到 modCount != expectedmodCount 这个条件。如果集合发生变化时修改 modCount 值刚好又设置为了 expectedmodCount 值，则异常不会抛出。因此，不能依赖于这个异常是否抛出而进行并发操作的编程，这个异常只             建议用于检测并发修改的 bug。

       场景：java.util 包下的集合类都是快速失败的，不能在多线程下发生并发修改（迭代过程中被修改）。

安全失败(fail-safe)

     采用安全失败机制的集合容器，在遍历时不是直接在集合内容上访问的，而是先复制原有集合内容，在拷贝的集合上进行遍历。

           原理：由于迭代时是对原集合的拷贝进行遍历，所以在遍历过程中对原集合所作的修改并不能被迭代器检测到，所以不会触发 Concurrent Modification Exception。

           缺点：基于拷贝内容的优点是避免了 Concurrent Modification Exception，但同样地，迭代器并不能访问到修改后的内容，即：迭代器遍历的是开始遍历那一刻拿到的集合拷贝，在遍历期间原集合发生的修改迭代器是不知道的。

           场景：java.util.concurrent 包下的容器都是安全失败，可以在多线程下并发使用，并发修改。

三，ConcurrentHashMap(JDK1.8)

JDK1.8 ConCurrentHashMap的底层数据结构与HashMap一致，都是数组+链表+红黑树

1，主要参数

// node数组最大容量：2^30=1073741824
private static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
// 默认初始值，必须是2的幕数
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 16;
//数组可能最大值，需要与toArray（）相关方法关联
static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
//并发级别，遗留下来的，为兼容以前的版本
private static final int DEFAULT_CONCURRENCY_LEVEL = 16;
// 负载因子
private static final float LOAD_FACTOR = 0.75f;
// 链表转红黑树阀值,> 8 链表转换为红黑树
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
//树转链表阀值，小于等于6（tranfer时，lc、hc=0两个计数器分别++记录原bin、新binTreeNode数量，<=UNTREEIFY_THRESHOLD 则untreeify(lo)）
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
private static final int MIN_TRANSFER_STRIDE = 16;
private static int RESIZE_STAMP_BITS = 16;
// 2^15-1，help resize的最大线程数
private static final int MAX_RESIZERS = (1 << (32 - RESIZE_STAMP_BITS)) - 1;
// 32-16=16，sizeCtl中记录size大小的偏移量
private static final int RESIZE_STAMP_SHIFT = 32 - RESIZE_STAMP_BITS;
// forwarding nodes的hash值
static final int MOVED     = -1;
// 树根节点的hash值
static final int TREEBIN   = -2;
// ReservationNode的hash值
static final int RESERVED  = -3;
// 可用处理器数量
static final int NCPU = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
//存放node的数组
transient volatile Node<K,V>[] table;
/*控制标识符，用来控制table的初始化和扩容的操作，不同的值有不同的含义
 *当为负数时：-1代表正在初始化，-N代表有N-1个线程正在 进行扩容
 *当为0时（默认值）：代表当时的table还没有被初始化
 *当为正数时：表示初始化或者下一次进行扩容的大小<br>*/
private transient volatile int sizeCtl;　

2，构造

    public ConcurrentHashMap() {
    }

    // LOAD_FACTOR 负载因子0.75f
    public ConcurrentHashMap(int initialCapacity) {
        this(initialCapacity, LOAD_FACTOR, 1);
    }
 
    public ConcurrentHashMap(int initialCapacity,
                             float loadFactor, int concurrencyLevel) {
        if (!(loadFactor > 0.0f) || initialCapacity < 0 || concurrencyLevel <= 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        // 初始化容量小于1则等于1
        if (initialCapacity < concurrencyLevel)   // Use at least as many bins
            initialCapacity = concurrencyLevel;   // as estimated threads

        // size 等于 初始化容量除以负载因子 + 1
        long size = (long)(1.0 + (long)initialCapacity / loadFactor);
        int cap = (size >= (long)MAXIMUM_CAPACITY) ?
            MAXIMUM_CAPACITY : tableSizeFor((int)size);

        // sizeCtl  = cap
        this.sizeCtl = cap;
    }

3，put

ConcurrentHashMap的put操作比较复杂，大致可以分为以下步骤

1. 根据key计算index。          对应代码: hash = spread(key.hashCode());
2. 判断是否需要进行初始化，对应代码: if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
3. 定位当前key对应的Node，如果为空则写入数据，利用CAS尝试写入，失败则自旋保证成功。对应代码: casTabAt(tab, i, null, new Node<K,V>(hash, key, value))
4. 如果当前的hashcode == MOVED == -1 则进行扩容。                                                              对应代码: ((fh = f.hash) == MOVED)
5. 如果都不满足，使用synchronized加锁写入数据。                                                                   对应代码: synchronized (f) 
6. 当数量大于TREEIFY_THRESHOLD 则要转换为红黑树 。                                                        对应代码: if(binCount >= TREEIFY_THRESHOLD ) treeifyBin(tab, i)；

    public V put(K key, V value) {
        return putVal(key, value, false);
    }

final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
        // key 和 value不允许为空
        if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
        // 计算hashcode
        int hash = spread(key.hashCode());
        int binCount = 0;
        for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
            Node<K,V> f; int n, i, fh; K fk; V fv;
            // 当前 tab为空或者长度等于0
            if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
                // 初始化(首次插入元素)
                tab = initTable();

            // 当前插入位置为空
            else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
                // 直接插入 CAS保证线程安全
                if (casTabAt(tab, i, null, new Node<K,V>(hash, key, value)))
                    break;                   // no lock when adding to empty bin
            }
            // 
            else if ((fh = f.hash) == MOVED)
                tab = helpTransfer(tab, f);
            else if (onlyIfAbsent // check first node without acquiring lock
                     && fh == hash
                     && ((fk = f.key) == key || (fk != null && key.equals(fk)))
                     && (fv = f.val) != null)
                return fv;
            else {
                V oldVal = null;
                // 节点上锁，链表的话，锁的粒度为头节点
                synchronized (f) {
                    if (tabAt(tab, i) == f) {
                       // 普通Node的hash值为key的hash值大于零，
                       // 而ForwardingNode的是-1，TreeBin是-2
                        if (fh >= 0) {
                            binCount = 1;
                            
                            // 遍历链表节点，尾插法
                            for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {
                                K ek;
                                if (e.hash == hash &&
                                    ((ek = e.key) == key ||
                                     (ek != null && key.equals(ek)))) {
                                    oldVal = e.val;
                                    if (!onlyIfAbsent)
                                        e.val = value;
                                    break;
                                }
                                Node<K,V> pred = e;
                                if ((e = e.next) == null) {
                                    pred.next = new Node<K,V>(hash, key, value);
                                    break;
                                }
                            }
                        }
                        // 树节点，按照树的方式插入
                        else if (f instanceof TreeBin) {
                            Node<K,V> p;
                            binCount = 2;
                            if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,
                                                           value)) != null) {
                                oldVal = p.val;
                                if (!onlyIfAbsent)
                                    p.val = value;
                            }
                        }
                        else if (f instanceof ReservationNode)
                            throw new IllegalStateException("Recursive update");
                    }
                }
                if (binCount != 0) {
                    // 链表长度大于等于8，则把链表转为树
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
                        treeifyBin(tab, i);
                    if (oldVal != null)
                        return oldVal;
                    break;
                }
            }
        }
        addCount(1L, binCount);
        return null;
    }

initTable初始化

关键属性为sizeCtl，如果sizeCtl小于0,则表明其他线程正在初始化，当前线程执行Thread.yield()，由运行状态变为就绪状态。如果获得了初始化权限，那么就将sizeCtl置为-1，初始化后sizeCtl为0.75*n。

private final Node<K,V>[] initTable() {
    Node<K,V>[] tab; int sc;
    while ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
        // 已经初始化
        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 16
                    int 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 * n
                    sc = n - (n >>> 2);
                }
            } finally {
                // 设置 sizeCtl 为 sc
                sizeCtl = sc;
            }
            break;
        }
    }
    return tab;
}

treeifyBin:链表元素超过8个，则把链表转为红黑树。

    private final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int index) {
        Node<K,V> b; int n;
        if (tab != null) {
            // tab长度小于64，优先进行扩容
            if ((n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
                tryPresize(n << 1);
            else if ((b = tabAt(tab, index)) != null && b.hash >= 0) {
                // 链表头节点加锁
                synchronized (b) {
                    if (tabAt(tab, index) == b) {
                        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;
                            else
                                tl.next = p;
                            tl = p;
                        }
                        // 设置bin的头节点为TreeBin
                        setTabAt(tab, index, new TreeBin<K,V>(hd));
                    }
                }
            }
        }
    }

    private final void tryPresize(int size) {
        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;
            if (tab == null || (n = tab.length) == 0) {
                n = (sc > c) ? sc : c;
                if (U.compareAndSetInt(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);
                        }
                    } finally {
                        sizeCtl = sc;
                    }
                }
            }
            else if (c <= sc || n >= MAXIMUM_CAPACITY)
                break;
            else if (tab == table) {
                int rs = resizeStamp(n);
                if (U.compareAndSetInt(this, SIZECTL, sc,
                                        (rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2))
                    transfer(tab, null);
            }
        }
    }

private final void transfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V>[] nextTab) {
        int n = tab.length, stride;
        if ((stride = (NCPU > 1) ? (n >>> 3) / NCPU : n) < MIN_TRANSFER_STRIDE)
            stride = MIN_TRANSFER_STRIDE; // subdivide range
        if (nextTab == null) {            // initiating
            try {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                // 新数组等于旧数组长度的两倍 n << 1 
                Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n << 1];
                nextTab = nt;
            } catch (Throwable ex) {      // try to cope with OOME
                sizeCtl = Integer.MAX_VALUE;
                return;
            }
            nextTable = nextTab;
            transferIndex = n;
        }
        int nextn = nextTab.length;
        ForwardingNode<K,V> fwd = new ForwardingNode<K,V>(nextTab);
        boolean advance = true;
        boolean finishing = false; // to ensure sweep before committing nextTab
        for (int i = 0, bound = 0;;) {
            Node<K,V> f; int fh;
            while (advance) {
                int nextIndex, nextBound;
                if (--i >= bound || finishing)
                    advance = false;
                else if ((nextIndex = transferIndex) <= 0) {
                    i = -1;
                    advance = false;
                }
                else if (U.compareAndSetInt
                         (this, TRANSFERINDEX, nextIndex,
                          nextBound = (nextIndex > stride ?
                                       nextIndex - stride : 0))) {
                    bound = nextBound;
                    i = nextIndex - 1;
                    advance = false;
                }
            }
            if (i < 0 || i >= n || i + n >= nextn) {
                int sc;
                if (finishing) {
                    nextTable = null;
                    table = nextTab;
                    sizeCtl = (n << 1) - (n >>> 1);
                    return;
                }
                if (U.compareAndSetInt(this, SIZECTL, sc = sizeCtl, sc - 1)) {
                    if ((sc - 2) != resizeStamp(n) << RESIZE_STAMP_SHIFT)
                        return;
                    finishing = advance = true;
                    i = n; // recheck before commit
                }
            }
            // 如果bin为空，则通过CAS设置fwd，表示已经处理过了
            else if ((f = tabAt(tab, i)) == null)
                advance = casTabAt(tab, i, null, fwd);
            // 如果已经处理过了则设置fwd节点，其hash值为MOVED(-1)
            else if ((fh = f.hash) == MOVED)
                advance = true; // already processed
            else {
                // 对bin的头节点（链表的头节点或数的根节点）加锁
                synchronized (f) {
                    if (tabAt(tab, i) == f) {
                        Node<K,V> ln, hn;
                        if (fh >= 0) {
                            int runBit = fh & n;
                            Node<K,V> lastRun = f;
                            for (Node<K,V> p = f.next; p != null; p = p.next) {
                                int b = p.hash & n;
                                if (b != runBit) {
                                    runBit = b;
                                    lastRun = p;
                                }
                            }
                            if (runBit == 0) {
                                ln = lastRun;
                                hn = null;
                            }
                            else {
                                hn = lastRun;
                                ln = null;
                            }
                            for (Node<K,V> p = f; p != lastRun; p = p.next) {
                                int ph = p.hash; K pk = p.key; V pv = p.val;
                                if ((ph & n) == 0)
                                    ln = new Node<K,V>(ph, pk, pv, ln);
                                else
                                    hn = new Node<K,V>(ph, pk, pv, hn);
                            }
                            
                            setTabAt(nextTab, i, ln);
                            setTabAt(nextTab, i + n, hn);
                            setTabAt(tab, i, fwd);
                            advance = true;
                        }
                        else if (f instanceof TreeBin) {
                            TreeBin<K,V> t = (TreeBin<K,V>)f;
                            TreeNode<K,V> lo = null, loTail = null;
                            TreeNode<K,V> hi = null, hiTail = null;
                            int lc = 0, hc = 0;
                            for (Node<K,V> e = t.first; e != null; e = e.next) {
                                int h = e.hash;
                                TreeNode<K,V> p = new TreeNode<K,V>
                                    (h, e.key, e.val, null, null);
                                if ((h & n) == 0) {
                                    if ((p.prev = loTail) == null)
                                        lo = p;
                                    else
                                        loTail.next = p;
                                    loTail = p;
                                    ++lc;
                                }
                                else {
                                    if ((p.prev = hiTail) == null)
                                        hi = p;
                                    else
                                        hiTail.next = p;
                                    hiTail = p;
                                    ++hc;
                                }
                            }
                            // 如果树<=6，则树转数组
                            ln = (lc <= UNTREEIFY_THRESHOLD) ? untreeify(lo) :
                                (hc != 0) ? new TreeBin<K,V>(lo) : t;
                            hn = (hc <= UNTREEIFY_THRESHOLD) ? untreeify(hi) :
                                (lc != 0) ? new TreeBin<K,V>(hi) : t;
                            setTabAt(nextTab, i, ln);
                            setTabAt(nextTab, i + n, hn);
                            setTabAt(tab, i, fwd);
                            advance = true;
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }

4，remove

    public V remove(Object key) {
        return replaceNode(key, null, null);
    }

final V replaceNode(Object key, V value, Object cv) {
        int hash = spread(key.hashCode());
        for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
            Node<K,V> f; int n, i, fh;
            if (tab == null || (n = tab.length) == 0 ||
                (f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null)
                break;
            else if ((fh = f.hash) == MOVED)
                tab = helpTransfer(tab, f);
            else {
                V oldVal = null;
                boolean validated = false;
                synchronized (f) {
                    if (tabAt(tab, i) == f) {
                        if (fh >= 0) {
                            validated = true;
                            for (Node<K,V> e = f, pred = null;;) {
                                K ek;
                                if (e.hash == hash &&
                                    ((ek = e.key) == key ||
                                     (ek != null && key.equals(ek)))) {
                                    V ev = e.val;
                                    if (cv == null || cv == ev ||
                                        (ev != null && cv.equals(ev))) {
                                        oldVal = ev;
                                        if (value != null)
                                            e.val = value;
                                        else if (pred != null)
                                            pred.next = e.next;
                                        else
                                            setTabAt(tab, i, e.next);
                                    }
                                    break;
                                }
                                pred = e;
                                if ((e = e.next) == null)
                                    break;
                            }
                        }
                        else if (f instanceof TreeBin) {
                            validated = true;
                            TreeBin<K,V> t = (TreeBin<K,V>)f;
                            TreeNode<K,V> r, p;
                            if ((r = t.root) != null &&
                                (p = r.findTreeNode(hash, key, null)) != null) {
                                V pv = p.val;
                                if (cv == null || cv == pv ||
                                    (pv != null && cv.equals(pv))) {
                                    oldVal = pv;
                                    if (value != null)
                                        p.val = value;
                                    else if (t.removeTreeNode(p))
                                        setTabAt(tab, i, untreeify(t.first));
                                }
                            }
                        }
                        else if (f instanceof ReservationNode)
                            throw new IllegalStateException("Recursive update");
                    }
                }
                if (validated) {
                    if (oldVal != null) {
                        if (value == null)
                            addCount(-1L, -1);
                        return oldVal;
                    }
                    break;
                }
            }
        }
        return null;
    }

5，replace

    public V replace(K key, V value) {
        if (key == null || value == null)
            throw new NullPointerException();
        return replaceNode(key, value, null);
    }

6，get

1. 计算hashcode。
2. 如果是红黑树则按照树的方式取值。
3. 不是红黑树则遍历链表取值。

    public V get(Object key) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> e, p; int n, eh; K ek;
　　　　 // 计算hashcode 
        int h = spread(key.hashCode());
        // 寻找的值在hash桶上则直接返回
        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
            (e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null) {
            // 红黑树的情况下按照树的方式取值
            if ((eh = e.hash) == h) {
                if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))
                    return e.val;
            }
            // 链表的情况下按照链表取值
            else if (eh < 0)
                return (p = e.find(h, key)) != null ? p.val : null;
            while ((e = e.next) != null) {
                if (e.hash == h &&
                    ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))))
                    return e.val;
            }
        }
        return null;
    }

     // find方法
        Node<K,V> find(int h, Object k) {
            Node<K,V> e = this;
            if (k != null) {
                do {
                    K ek;
                    if (e.hash == h &&
                        ((ek = e.key) == k || (ek != null && k.equals(ek))))
                        return e;
                } while ((e = e.next) != null);
            }
            return null;
        }

四，ConcurrentHashMap(JDK1.7)

1，底层数据结构

JDK1.7，ConcurrentHashMap是由一个Segment数组和多个HashEntry组成的，如下图

2，Segment(ReentrantLock)

static final class Segment<K,V> extends ReenTrantLock implements Serializable {
    
    private static final long serialVersionUID = 2249069246763182397L;

    // 存放数据的HashEntry数组
    transient volatile HashEntry<K,V>[] table;

    transient int count;

    // modCount变量，是否被修改，fail-fast
    transient int modCount;
    
    transient int threshold;

    // 负载因子
    final float loadFactor;
   
}

 可以看出Segment继承于ReenTrantLock (重入锁)。ConcurrentHashMap不会像 HashTable 那样不管是 put 还是 get 操作都需要做同步处理，理论上 ConcurrentHashMap ⽀持 CurrencyLevel (Segment 数组数量)的线程并发。

 3，HashEntry

HashEntry的value以及下一个节点next，被volatile关键字所修饰，确保了一个线程对变量进行操作时，修改结果对其他线程时可见的。

static final class HashEntry<K,V> {
        final int hash;
        final K key;
        volatile V value;
        volatile HashEntry<K,V> next;

        HashEntry(int hash, K key, V value, HashEntry<K,V> next) {
            this.hash = hash;
            this.key = key;
            this.value = value;
            this.next = next;
        }

        /**
         * Sets next field with volatile write semantics.  (See above
         * about use of putOrderedObject.)
         */
        final void setNext(HashEntry<K,V> n) {
            UNSAFE.putOrderedObject(this, nextOffset, n);
        }

        // Unsafe mechanics
        static final sun.misc.Unsafe UNSAFE; //可以理解为一个指针
        static final long nextOffset;//偏移量，可以简单的理解为内存地址
        static {
            try {
                UNSAFE = sun.misc.Unsafe.getUnsafe();//获取这个节点对应的内存指针
                Class k = HashEntry.class;//
                nextOffset = UNSAFE.objectFieldOffset
                    (k.getDeclaredField("next")); 
                    //获取当前节点的next节点对于当前节点指针的偏移量
                    //通过UNSAFE中有方法直接能够获取到当前引用变量的初始内存地址
                    //通过初始内存地址和引用变量内部的局部变量的偏移量就可以通过Unsafe直接读取到对应的参数值
            } catch (Exception e) {
                throw new Error(e);
            }
        }
    }

4，put(线程安全)

final V put(K key, int hash, V value, boolean onlyIfAbsent) {
    //先尝试对segment加锁，如果直接加锁成功，那么node=null；如果加锁失败，则会调用scanAndLockForPut⾃旋获取锁。
    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);//先获取需要put的<k,v>对在当前这个segment中对应的链表的表头结点。

        for (HashEntry<K,V> e = first;;) {//开始遍历first为头结点的链表
            if (e != null) {//<1>
                //e不为空，说明当前键值对需要存储的位置有hash冲突，直接遍历当前链表，如果链表中找到一个节点对应的key相同，
                //依据onlyIfAbsent来判断是否覆盖已有的value值。
                K k;
                if ((k = e.key) == key ||
                    (e.hash == hash && key.equals(k))) {
                    //进入这个条件内说明需要put的<k,y>对应的key节点已经存在，直接判断是否更新并最后break退出循环。
                    oldValue = e.value;
                    if (!onlyIfAbsent) {
                        e.value = value;
                        ++modCount;
                    }
                    break;
                }
                e = e.next;//未进入上面的if条件中，说明当前e节点对应的key不是需要的，直接遍历下一个节点。
            }
            else {//<2>
                //进入到这个else分支，说明e为空，对应有两种情况下e可能会为空，即：
                // 1>. <1>中进行循环遍历，遍历到了链表的表尾仍然没有满足条件的节点。
                // 2>. e=first一开始就是null（可以理解为即一开始就遍历到了尾节点）
                if (node != null) //这里有可能获取到锁是通过scanAndLockForPut方法内自旋获取到的，这种情况下依据找好或者说是新建好了对应节点，node不为空
                    node.setNext(first);
                else// 当然也有可能是这里直接第一次tryLock就获取到了锁，从而node没有分配对应节点，即需要给依据插入的k,v来创建一个新节点
                    node = new HashEntry<K,V>(hash, key, value, first);
                int c = count + 1; //总数+1 在这里依据获取到了锁，即是线程安全的！对应了上述对count变量的使用规范说明。
                if (c > threshold && tab.length < MAXIMUM_CAPACITY)//判断是否需要进行扩容
                    //扩容是直接重新new一个新的HashEntry数组，这个数组的容量是老数组的两倍，
                    //新数组创建好后再依次将老的table中的HashEntry插入新数组中，所以这个过程是十分费时的，应尽量避免。
                    //扩容完毕后，还会将这个node插入到新的数组中。
                    rehash(node);
                else
                    //数组无需扩容，那么就直接插入node到指定index位置
                    setEntryAt(tab, index, node);
                ++modCount;
                count = c;
                oldValue = null;
                break;
            }
        }
    } finally {
        unlock();
    }
    return oldValue;
}

这篇关于Hashtable，ConcurrentHashMap与Collections.synchronizedMap关键源码的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对大家有所帮助，也希望大家多多支持为之网！