ConcurrentHashMap线程安全的秘密

• 前言
• • put操作保证线程安全
  • get操作保证线程安全

本文只介绍put和get操作如何保证线程安全，不介绍多线程扩容等知识。

先来看一下ConcurrentHashMap的数组的字段定义，有volatile关键字

transient volatile Node[] table;

可以看到数组使用volatile表示的，volatile的可见性在此不再赘述，但是这只能保证数组在不同线程之间是可见的，并不能保证数组内的元素在各线程之间是可见的，也就是说table[i]获取下标元素不能保证可见性，那ConcurrentHashMap是怎么实现的呢？我们来看下源码
精简主干代码之后

final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
        if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
        int hash = spread(key.hashCode());
        int binCount = 0;
        //相当于while循环，自旋
        for (Node[] tab = table;;) {
            Node f; int n, i, fh; K fk; V fv;
            if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
                tab = initTable();
             //通过tabAt(tab, i)这一cas操作代替table[i]读取下标元素
            else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
            	//cas给i下标元素赋值，如果成功，直接跳出循环，如果失败，
            	//说明有别的线程给i下标元素赋值成功，则它自己继续while自旋（下一次就会走链表了，因为i下标元素已经不为null了）
                if (casTabAt(tab, i, null, new Node(hash, key, value)))
                    break;                   // no lock when adding to empty bin
            }     
            else {
                V oldVal = null;
                //i元素下标不为null，锁住当前链表，执行链表赋值
                synchronized (f) {
                    if (tabAt(tab, i) == f) {
                        if (fh >= 0) {
                            binCount = 1;
                            for (Node 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 pred = e;
                                if ((e = e.next) == null) {
                                    pred.next = new Node(hash, key, value);
                                    break;
                                }
                            }
                        }
                        else if (f instanceof TreeBin) {
                            Node p;
                            binCount = 2;
                            if ((p = ((TreeBin)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) {
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
                        treeifyBin(tab, i);
                    if (oldVal != null)
                        return oldVal;
                    break;
                }
            }
        }
        addCount(1L, binCount);
        return null;
    }

static final  Node tabAt(Node[] tab, int i) {
		//调用Unsafe方法cas获取
        return (Node)U.getObjectAcquire(tab, ((long)i << ASHIFT) + ABASE);
    }

总结，通过tabAt(tab, i)的cas操作获取数组i下标的元素值。如果为null，则cas赋值，失败则自旋。如果不为null则synchronize锁住当前链表赋值。

我们先来看一下ConcurrentHashMap的基本元素节点Node的结构，值val和链表下个节点next都用了volatile修饰

static class Node implements Map.Entry {
        final int hash;
        final K key;
        volatile V val;
        volatile Node next;

        Node(int hash, K key, V val) {
            this.hash = hash;
            this.key = key;
            this.val = val;
        }

        Node(int hash, K key, V val, Node next) {
            this(hash, key, val);
            this.next = next;
        }
		...
}

再来看一下get的源码

public V get(Object key) {
        Node[] tab; Node e, p; int n, eh; K ek;
        int h = spread(key.hashCode());
        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
            (e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null) {
            if ((eh = e.hash) == h) {
                if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))
                    return e.val;
            }
            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;
    }

代码比较简单，总结就是：
get操作全程不需要加锁是因为两点（1）获取数组下标对应的值用的cas操作e = tabAt(tab, (n - 1) & h)（2）Node的成员val、next是用volatile修饰的和数组用volatile修饰没有关系。val用在已存在该key，别的线程put操作替换旧址可见，next用在别的线程put操作新增节点可见。