摘要：需要注意的是所鏈接的是一顆紅黑樹，紅黑樹的結(jié)點(diǎn)用表示，所以中實(shí)際上一共有五種不同類型的結(jié)點(diǎn)。時(shí)不再延續(xù)，轉(zhuǎn)而直接對每個(gè)桶加鎖，并用紅黑樹鏈接沖突結(jié)點(diǎn)。

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ConcurrentHashMap是在JDK1.5時(shí)，J.U.C引入的一個(gè)同步集合工具類，顧名思義，這是一個(gè)線程安全的HashMap。不同版本的ConcurrentHashMap，內(nèi)部實(shí)現(xiàn)機(jī)制千差萬別，本節(jié)所有的討論基于JDK1.8。

ConcurrentHashMap的類繼承關(guān)系并不復(fù)雜：

可以看到ConcurrentHashMap繼承了AbstractMap，這是一個(gè)java.util包下的抽象類，提供Map接口的骨干實(shí)現(xiàn)，以最大限度地減少實(shí)現(xiàn)Map這類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)所需的工作量，一般來講，如果需要重復(fù)造輪子——自己來實(shí)現(xiàn)一個(gè)Map，那一般就是繼承AbstractMap。

另外，ConcurrentHashMap實(shí)現(xiàn)了ConcurrentMap這個(gè)接口，ConcurrentMap是在JDK1.5時(shí)隨著J.U.C包引入的，這個(gè)接口其實(shí)就是提供了一些針對Map的原子操作：

ConcurrentMap接口提供的功能：

我們先來看下ConcurrentHashMap對象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)究竟什么樣的：

ConcurrentHashMap內(nèi)部維護(hù)了一個(gè)Node類型的數(shù)組，也就是table：

transient volatile Node[] table;

數(shù)組的每一個(gè)位置table[i]代表了一個(gè)桶，當(dāng)插入鍵值對時(shí)，會(huì)根據(jù)鍵的hash值映射到不同的桶位置，table一共可以包含4種不同類型的桶：Node、TreeBin、ForwardingNode、ReservationNode。上圖中，不同的桶用不同顏色表示。可以看到，有的桶鏈接著鏈表，有的桶鏈接著樹，這也是JDK1.8中ConcurrentHashMap的特殊之處，后面會(huì)詳細(xì)講到。

需要注意的是：TreeBin所鏈接的是一顆紅黑樹，紅黑樹的結(jié)點(diǎn)用TreeNode表示，所以ConcurrentHashMap中實(shí)際上一共有五種不同類型的Node結(jié)點(diǎn)。

之所以用TreeBin而不是直接用TreeNode，是因?yàn)榧t黑樹的操作比較復(fù)雜，包括構(gòu)建、左旋、右旋、刪除，平衡等操作，用一個(gè)代理結(jié)點(diǎn)TreeBin來包含這些復(fù)雜操作，其實(shí)是一種“職責(zé)分離”的思想。另外TreeBin中也包含了一些加/解鎖的操作。

在JDK1.8之前，ConcurrentHashMap采用了分段鎖的設(shè)計(jì)思路，以減少熱點(diǎn)域的沖突。JDK1.8時(shí)不再延續(xù)，轉(zhuǎn)而直接對每個(gè)桶加鎖，并用“紅黑樹”鏈接沖突結(jié)點(diǎn)。關(guān)于紅黑樹和一般HashMap的實(shí)現(xiàn)思路，讀者可以參考《Algorithms 4th》，或我之前寫的博文：紅黑樹 和 哈希表，本文不會(huì)對紅黑樹的相關(guān)操作具體分析。

上一節(jié)提到，ConcurrentHashMap一共包含5種結(jié)點(diǎn)，我們來看下各個(gè)結(jié)點(diǎn)的定義和作用。

1、Node結(jié)點(diǎn)
Node結(jié)點(diǎn)的定義非常簡單，也是其它四種類型結(jié)點(diǎn)的父類。

默認(rèn)鏈接到table[i]——桶上的結(jié)點(diǎn)就是Node結(jié)點(diǎn)。
當(dāng)出現(xiàn)hash沖突時(shí)，Node結(jié)點(diǎn)會(huì)首先以鏈表的形式鏈接到table上，當(dāng)結(jié)點(diǎn)數(shù)量超過一定數(shù)目時(shí)，鏈表會(huì)轉(zhuǎn)化為紅黑樹。因?yàn)殒湵聿檎业钠骄鶗r(shí)間復(fù)雜度為O(n)，而紅黑樹是一種平衡二叉樹，其平均時(shí)間復(fù)雜度為O(logn)。

/**
 * 普通的Entry結(jié)點(diǎn), 以鏈表形式保存時(shí)才會(huì)使用, 存儲(chǔ)實(shí)際的數(shù)據(jù).
 */
static class Node implements Map.Entry {
    final int hash;
    final K key;
    volatile V val;
    volatile Node next;   // 鏈表指針

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

    public final K getKey() {
        return key;
    }

    public final V getValue() {
        return val;
    }

    public final int hashCode() {
        return key.hashCode() ^ val.hashCode();
    }

    public final String toString() {
        return key + "=" + val;
    }

    public final V setValue(V value) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

    public final boolean equals(Object o) {
        Object k, v, u;
        Map.Entry e;
        return ((o instanceof Map.Entry) &&
            (k = (e = (Map.Entry) o).getKey()) != null &&
            (v = e.getValue()) != null &&
            (k == key || k.equals(key)) &&
            (v == (u = val) || v.equals(u)));
    }

    /**
     * 鏈表查找.
     */
    Node find(int h, Object k) {
        Node 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;
    }
}

2、TreeNode結(jié)點(diǎn)
TreeNode就是紅黑樹的結(jié)點(diǎn)，TreeNode不會(huì)直接鏈接到table[i]——桶上面，而是由TreeBin鏈接，TreeBin會(huì)指向紅黑樹的根結(jié)點(diǎn)。

/**
 * 紅黑樹結(jié)點(diǎn), 存儲(chǔ)實(shí)際的數(shù)據(jù).
 */
static final class TreeNode extends Node {
    boolean red;

    TreeNode parent;
    TreeNode left;
    TreeNode right;

    /**
     * prev指針是為了方便刪除.
     * 刪除鏈表的非頭結(jié)點(diǎn)時(shí)，需要知道它的前驅(qū)結(jié)點(diǎn)才能刪除，所以直接提供一個(gè)prev指針
     */
    TreeNode prev;

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

    Node find(int h, Object k) {
        return findTreeNode(h, k, null);
    }

    /**
     * 以當(dāng)前結(jié)點(diǎn)（this）為根結(jié)點(diǎn)，開始遍歷查找指定key.
     */
    final TreeNode findTreeNode(int h, Object k, Class kc) {
        if (k != null) {
            TreeNode p = this;
            do {
                int ph, dir;
                K pk;
                TreeNode q;
                TreeNode pl = p.left, pr = p.right;
                if ((ph = p.hash) > h)
                    p = pl;
                else if (ph < h)
                    p = pr;
                else if ((pk = p.key) == k || (pk != null && k.equals(pk)))
                    return p;
                else if (pl == null)
                    p = pr;
                else if (pr == null)
                    p = pl;
                else if ((kc != null ||
                    (kc = comparableClassFor(k)) != null) &&
                    (dir = compareComparables(kc, k, pk)) != 0)
                    p = (dir < 0) ? pl : pr;
                else if ((q = pr.findTreeNode(h, k, kc)) != null)
                    return q;
                else
                    p = pl;
            } while (p != null);
        }
        return null;
    }
}

3、TreeBin結(jié)點(diǎn)
TreeBin相當(dāng)于TreeNode的代理結(jié)點(diǎn)。TreeBin會(huì)直接鏈接到table[i]——桶上面，該結(jié)點(diǎn)提供了一系列紅黑樹相關(guān)的操作，以及加鎖、解鎖操作。

/**
 * TreeNode的代理結(jié)點(diǎn)（相當(dāng)于封裝了TreeNode的容器，提供針對紅黑樹的轉(zhuǎn)換操作和鎖控制）
 * hash值固定為-3
 */
static final class TreeBin extends Node {
    TreeNode root;                // 紅黑樹結(jié)構(gòu)的根結(jié)點(diǎn)
    volatile TreeNode first;      // 鏈表結(jié)構(gòu)的頭結(jié)點(diǎn)
    volatile Thread waiter;             // 最近的一個(gè)設(shè)置WAITER標(biāo)識位的線程

    volatile int lockState;             // 整體的鎖狀態(tài)標(biāo)識位

    static final int WRITER = 1;        // 二進(jìn)制001，紅黑樹的寫鎖狀態(tài)
    static final int WAITER = 2;        // 二進(jìn)制010，紅黑樹的等待獲取寫鎖狀態(tài)
    static final int READER = 4;        // 二進(jìn)制100，紅黑樹的讀鎖狀態(tài)，讀可以并發(fā)，每多一個(gè)讀線程，lockState都加上一個(gè)READER值

    /**
     * 在hashCode相等并且不是Comparable類型時(shí)，用此方法判斷大小.
     */
    static int tieBreakOrder(Object a, Object b) {
        int d;
        if (a == null || b == null ||
            (d = a.getClass().getName().
                compareTo(b.getClass().getName())) == 0)
            d = (System.identityHashCode(a) <= System.identityHashCode(b) ?
                -1 : 1);
        return d;
    }

    /**
     * 將以b為頭結(jié)點(diǎn)的鏈表轉(zhuǎn)換為紅黑樹.
     */
    TreeBin(TreeNode b) {
        super(TREEBIN, null, null, null);
        this.first = b;
        TreeNode r = null;
        for (TreeNode x = b, next; x != null; x = next) {
            next = (TreeNode) x.next;
            x.left = x.right = null;
            if (r == null) {
                x.parent = null;
                x.red = false;
                r = x;
            } else {
                K k = x.key;
                int h = x.hash;
                Class kc = null;
                for (TreeNode p = r; ; ) {
                    int dir, ph;
                    K pk = p.key;
                    if ((ph = p.hash) > h)
                        dir = -1;
                    else if (ph < h)
                        dir = 1;
                    else if ((kc == null &&
                        (kc = comparableClassFor(k)) == null) ||
                        (dir = compareComparables(kc, k, pk)) == 0)
                        dir = tieBreakOrder(k, pk);
                    TreeNode xp = p;
                    if ((p = (dir <= 0) ? p.left : p.right) == null) {
                        x.parent = xp;
                        if (dir <= 0)
                            xp.left = x;
                        else
                            xp.right = x;
                        r = balanceInsertion(r, x);
                        break;
                    }
                }
            }
        }
        this.root = r;
        assert checkInvariants(root);
    }

    /**
     * 對紅黑樹的根結(jié)點(diǎn)加寫鎖.
     */
    private final void lockRoot() {
        if (!U.compareAndSwapInt(this, LOCKSTATE, 0, WRITER))
            contendedLock();
    }

    /**
     * 釋放寫鎖.
     */
    private final void unlockRoot() {
        lockState = 0;
    }

    /**
     * Possibly blocks awaiting root lock.
     */
    private final void contendedLock() {
        boolean waiting = false;
        for (int s; ; ) {
            if (((s = lockState) & ~WAITER) == 0) {
                if (U.compareAndSwapInt(this, LOCKSTATE, s, WRITER)) {
                    if (waiting)
                        waiter = null;
                    return;
                }
            } else if ((s & WAITER) == 0) {
                if (U.compareAndSwapInt(this, LOCKSTATE, s, s | WAITER)) {
                    waiting = true;
                    waiter = Thread.currentThread();
                }
            } else if (waiting)
                LockSupport.park(this);
        }
    }

    /**
     * 從根結(jié)點(diǎn)開始遍歷查找，找到“相等”的結(jié)點(diǎn)就返回它，沒找到就返回null
     * 當(dāng)存在寫鎖時(shí)，以鏈表方式進(jìn)行查找
     */
    final Node find(int h, Object k) {
        if (k != null) {
            for (Node e = first; e != null; ) {
                int s;
                K ek;
                /**
                 * 兩種特殊情況下以鏈表的方式進(jìn)行查找:
                 * 1. 有線程正持有寫鎖，這樣做能夠不阻塞讀線程
                 * 2. 有線程等待獲取寫鎖，不再繼續(xù)加讀鎖，相當(dāng)于“寫優(yōu)先”模式
                 */
                if (((s = lockState) & (WAITER | WRITER)) != 0) {
                    if (e.hash == h &&
                        ((ek = e.key) == k || (ek != null && k.equals(ek))))
                        return e;
                    e = e.next;
                } else if (U.compareAndSwapInt(this, LOCKSTATE, s,
                    s + READER)) {
                    TreeNode r, p;
                    try {
                        p = ((r = root) == null ? null :
                            r.findTreeNode(h, k, null));
                    } finally {
                        Thread w;
                        if (U.getAndAddInt(this, LOCKSTATE, -READER) ==
                            (READER | WAITER) && (w = waiter) != null)
                            LockSupport.unpark(w);
                    }
                    return p;
                }
            }
        }
        return null;
    }

    /**
     * 查找指定key對應(yīng)的結(jié)點(diǎn),如果未找到，則插入.
     *
     * @return 插入成功返回null, 否則返回找到的結(jié)點(diǎn)
     */
    final TreeNode putTreeVal(int h, K k, V v) {
        Class kc = null;
        boolean searched = false;
        for (TreeNode p = root; ; ) {
            int dir, ph;
            K pk;
            if (p == null) {
                first = root = new TreeNode(h, k, v, null, null);
                break;
            } else if ((ph = p.hash) > h)
                dir = -1;
            else if (ph < h)
                dir = 1;
            else if ((pk = p.key) == k || (pk != null && k.equals(pk)))
                return p;
            else if ((kc == null &&
                (kc = comparableClassFor(k)) == null) ||
                (dir = compareComparables(kc, k, pk)) == 0) {
                if (!searched) {
                    TreeNode q, ch;
                    searched = true;
                    if (((ch = p.left) != null &&
                        (q = ch.findTreeNode(h, k, kc)) != null) ||
                        ((ch = p.right) != null &&
                            (q = ch.findTreeNode(h, k, kc)) != null))
                        return q;
                }
                dir = tieBreakOrder(k, pk);
            }

            TreeNode xp = p;
            if ((p = (dir <= 0) ? p.left : p.right) == null) {
                TreeNode x, f = first;
                first = x = new TreeNode(h, k, v, f, xp);
                if (f != null)
                    f.prev = x;
                if (dir <= 0)
                    xp.left = x;
                else
                    xp.right = x;
                if (!xp.red)
                    x.red = true;
                else {
                    lockRoot();
                    try {
                        root = balanceInsertion(root, x);
                    } finally {
                        unlockRoot();
                    }
                }
                break;
            }
        }
        assert checkInvariants(root);
        return null;
    }

    /**
     * 刪除紅黑樹的結(jié)點(diǎn)：
     * 1. 紅黑樹規(guī)模太小時(shí)，返回true，然后進(jìn)行 樹 -> 鏈表 的轉(zhuǎn)化;
     * 2. 紅黑樹規(guī)模足夠時(shí)，不用變換成鏈表，但刪除結(jié)點(diǎn)時(shí)需要加寫鎖.
     */
    final boolean removeTreeNode(TreeNode p) {
        TreeNode next = (TreeNode) p.next;
        TreeNode pred = p.prev;  // unlink traversal pointers
        TreeNode r, rl;
        if (pred == null)
            first = next;
        else
            pred.next = next;
        if (next != null)
            next.prev = pred;
        if (first == null) {
            root = null;
            return true;
        }
        if ((r = root) == null || r.right == null || // too small
            (rl = r.left) == null || rl.left == null)
            return true;
        lockRoot();
        try {
            TreeNode replacement;
            TreeNode pl = p.left;
            TreeNode pr = p.right;
            if (pl != null && pr != null) {
                TreeNode s = pr, sl;
                while ((sl = s.left) != null) // find successor
                    s = sl;
                boolean c = s.red;
                s.red = p.red;
                p.red = c; // swap colors
                TreeNode sr = s.right;
                TreeNode pp = p.parent;
                if (s == pr) { // p was s"s direct parent
                    p.parent = s;
                    s.right = p;
                } else {
                    TreeNode sp = s.parent;
                    if ((p.parent = sp) != null) {
                        if (s == sp.left)
                            sp.left = p;
                        else
                            sp.right = p;
                    }
                    if ((s.right = pr) != null)
                        pr.parent = s;
                }
                p.left = null;
                if ((p.right = sr) != null)
                    sr.parent = p;
                if ((s.left = pl) != null)
                    pl.parent = s;
                if ((s.parent = pp) == null)
                    r = s;
                else if (p == pp.left)
                    pp.left = s;
                else
                    pp.right = s;
                if (sr != null)
                    replacement = sr;
                else
                    replacement = p;
            } else if (pl != null)
                replacement = pl;
            else if (pr != null)
                replacement = pr;
            else
                replacement = p;
            if (replacement != p) {
                TreeNode pp = replacement.parent = p.parent;
                if (pp == null)
                    r = replacement;
                else if (p == pp.left)
                    pp.left = replacement;
                else
                    pp.right = replacement;
                p.left = p.right = p.parent = null;
            }

            root = (p.red) ? r : balanceDeletion(r, replacement);

            if (p == replacement) {  // detach pointers
                TreeNode pp;
                if ((pp = p.parent) != null) {
                    if (p == pp.left)
                        pp.left = null;
                    else if (p == pp.right)
                        pp.right = null;
                    p.parent = null;
                }
            }
        } finally {
            unlockRoot();
        }
        assert checkInvariants(root);
        return false;
    }

    // 以下是紅黑樹的經(jīng)典操作方法，改編自《算法導(dǎo)論》
    static  TreeNode rotateLeft(TreeNode root,
                                            TreeNode p) {
        TreeNode r, pp, rl;
        if (p != null && (r = p.right) != null) {
            if ((rl = p.right = r.left) != null)
                rl.parent = p;
            if ((pp = r.parent = p.parent) == null)
                (root = r).red = false;
            else if (pp.left == p)
                pp.left = r;
            else
                pp.right = r;
            r.left = p;
            p.parent = r;
        }
        return root;
    }

    static  TreeNode rotateRight(TreeNode root,
                                             TreeNode p) {
        TreeNode l, pp, lr;
        if (p != null && (l = p.left) != null) {
            if ((lr = p.left = l.right) != null)
                lr.parent = p;
            if ((pp = l.parent = p.parent) == null)
                (root = l).red = false;
            else if (pp.right == p)
                pp.right = l;
            else
                pp.left = l;
            l.right = p;
            p.parent = l;
        }
        return root;
    }

    static  TreeNode balanceInsertion(TreeNode root,
                                                  TreeNode x) {
        x.red = true;
        for (TreeNode xp, xpp, xppl, xppr; ; ) {
            if ((xp = x.parent) == null) {
                x.red = false;
                return x;
            } else if (!xp.red || (xpp = xp.parent) == null)
                return root;
            if (xp == (xppl = xpp.left)) {
                if ((xppr = xpp.right) != null && xppr.red) {
                    xppr.red = false;
                    xp.red = false;
                    xpp.red = true;
                    x = xpp;
                } else {
                    if (x == xp.right) {
                        root = rotateLeft(root, x = xp);
                        xpp = (xp = x.parent) == null ? null : xp.parent;
                    }
                    if (xp != null) {
                        xp.red = false;
                        if (xpp != null) {
                            xpp.red = true;
                            root = rotateRight(root, xpp);
                        }
                    }
                }
            } else {
                if (xppl != null && xppl.red) {
                    xppl.red = false;
                    xp.red = false;
                    xpp.red = true;
                    x = xpp;
                } else {
                    if (x == xp.left) {
                        root = rotateRight(root, x = xp);
                        xpp = (xp = x.parent) == null ? null : xp.parent;
                    }
                    if (xp != null) {
                        xp.red = false;
                        if (xpp != null) {
                            xpp.red = true;
                            root = rotateLeft(root, xpp);
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }

    static  TreeNode balanceDeletion(TreeNode root,
                                                 TreeNode x) {
        for (TreeNode xp, xpl, xpr; ; ) {
            if (x == null || x == root)
                return root;
            else if ((xp = x.parent) == null) {
                x.red = false;
                return x;
            } else if (x.red) {
                x.red = false;
                return root;
            } else if ((xpl = xp.left) == x) {
                if ((xpr = xp.right) != null && xpr.red) {
                    xpr.red = false;
                    xp.red = true;
                    root = rotateLeft(root, xp);
                    xpr = (xp = x.parent) == null ? null : xp.right;
                }
                if (xpr == null)
                    x = xp;
                else {
                    TreeNode sl = xpr.left, sr = xpr.right;
                    if ((sr == null || !sr.red) &&
                        (sl == null || !sl.red)) {
                        xpr.red = true;
                        x = xp;
                    } else {
                        if (sr == null || !sr.red) {
                            if (sl != null)
                                sl.red = false;
                            xpr.red = true;
                            root = rotateRight(root, xpr);
                            xpr = (xp = x.parent) == null ?
                                null : xp.right;
                        }
                        if (xpr != null) {
                            xpr.red = (xp == null) ? false : xp.red;
                            if ((sr = xpr.right) != null)
                                sr.red = false;
                        }
                        if (xp != null) {
                            xp.red = false;
                            root = rotateLeft(root, xp);
                        }
                        x = root;
                    }
                }
            } else { // symmetric
                if (xpl != null && xpl.red) {
                    xpl.red = false;
                    xp.red = true;
                    root = rotateRight(root, xp);
                    xpl = (xp = x.parent) == null ? null : xp.left;
                }
                if (xpl == null)
                    x = xp;
                else {
                    TreeNode sl = xpl.left, sr = xpl.right;
                    if ((sl == null || !sl.red) &&
                        (sr == null || !sr.red)) {
                        xpl.red = true;
                        x = xp;
                    } else {
                        if (sl == null || !sl.red) {
                            if (sr != null)
                                sr.red = false;
                            xpl.red = true;
                            root = rotateLeft(root, xpl);
                            xpl = (xp = x.parent) == null ?
                                null : xp.left;
                        }
                        if (xpl != null) {
                            xpl.red = (xp == null) ? false : xp.red;
                            if ((sl = xpl.left) != null)
                                sl.red = false;
                        }
                        if (xp != null) {
                            xp.red = false;
                            root = rotateRight(root, xp);
                        }
                        x = root;
                    }
                }
            }
        }
    }

    /**
     * 遞歸檢查紅黑樹的正確性
     */
    static  boolean checkInvariants(TreeNode t) {
        TreeNode tp = t.parent, tl = t.left, tr = t.right,
            tb = t.prev, tn = (TreeNode) t.next;
        if (tb != null && tb.next != t)
            return false;
        if (tn != null && tn.prev != t)
            return false;
        if (tp != null && t != tp.left && t != tp.right)
            return false;
        if (tl != null && (tl.parent != t || tl.hash > t.hash))
            return false;
        if (tr != null && (tr.parent != t || tr.hash < t.hash))
            return false;
        if (t.red && tl != null && tl.red && tr != null && tr.red)
            return false;
        if (tl != null && !checkInvariants(tl))
            return false;
        if (tr != null && !checkInvariants(tr))
            return false;
        return true;
    }

    private static final sun.misc.Unsafe U;
    private static final long LOCKSTATE;

    static {
        try {
            U = sun.misc.Unsafe.getUnsafe();
            Class k = TreeBin.class;
            LOCKSTATE = U.objectFieldOffset
                (k.getDeclaredField("lockState"));
        } catch (Exception e) {
            throw new Error(e);
        }
    }
}

4、ForwardingNode結(jié)點(diǎn)
ForwardingNode結(jié)點(diǎn)僅僅在擴(kuò)容時(shí)才會(huì)使用——關(guān)于擴(kuò)容，會(huì)在下一篇文章專門論述

/**
 * ForwardingNode是一種臨時(shí)結(jié)點(diǎn)，在擴(kuò)容進(jìn)行中才會(huì)出現(xiàn)，hash值固定為-1，且不存儲(chǔ)實(shí)際數(shù)據(jù)。
 * 如果舊table數(shù)組的一個(gè)hash桶中全部的結(jié)點(diǎn)都遷移到了新table中，則在這個(gè)桶中放置一個(gè)ForwardingNode。
 * 讀操作碰到ForwardingNode時(shí)，將操作轉(zhuǎn)發(fā)到擴(kuò)容后的新table數(shù)組上去執(zhí)行；寫操作碰見它時(shí)，則嘗試幫助擴(kuò)容。
 */
static final class ForwardingNode extends Node {
    final Node[] nextTable;

    ForwardingNode(Node[] tab) {
        super(MOVED, null, null, null);
        this.nextTable = tab;
    }

    // 在新的數(shù)組nextTable上進(jìn)行查找
    Node find(int h, Object k) {
        // loop to avoid arbitrarily deep recursion on forwarding nodes
        outer:
        for (Node[] tab = nextTable; ; ) {
            Node e;
            int n;
            if (k == null || tab == null || (n = tab.length) == 0 ||
                (e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) == null)
                return null;
            for (; ; ) {
                int eh;
                K ek;
                if ((eh = e.hash) == h &&
                    ((ek = e.key) == k || (ek != null && k.equals(ek))))
                    return e;
                if (eh < 0) {
                    if (e instanceof ForwardingNode) {
                        tab = ((ForwardingNode) e).nextTable;
                        continue outer;
                    } else
                        return e.find(h, k);
                }
                if ((e = e.next) == null)
                    return null;
            }
        }
    }
}

5、ReservationNode結(jié)點(diǎn)
保留結(jié)點(diǎn)，ConcurrentHashMap中的一些特殊方法會(huì)專門用到該類結(jié)點(diǎn)。

/**
 * 保留結(jié)點(diǎn).
 * hash值固定為-3， 不保存實(shí)際數(shù)據(jù)
 * 只在computeIfAbsent和compute這兩個(gè)函數(shù)式API中充當(dāng)占位符加鎖使用
 */
static final class ReservationNode extends Node {
    ReservationNode() {
        super(RESERVED, null, null, null);
    }

    Node find(int h, Object k) {
        return null;
    }
}

ConcurrentHashMap提供了五個(gè)構(gòu)造器，這五個(gè)構(gòu)造器內(nèi)部最多也只是計(jì)算了下table的初始容量大小，并沒有進(jìn)行實(shí)際的創(chuàng)建table數(shù)組的工作：

ConcurrentHashMap，采用了一種“懶加載”的模式，只有到首次插入鍵值對的時(shí)候，才會(huì)真正的去初始化table數(shù)組。

空構(gòu)造器

public ConcurrentHashMap() {
}

指定table初始容量的構(gòu)造器

/**
 * 指定table初始容量的構(gòu)造器.
 * tableSizeFor會(huì)返回大于入?yún)ⅲ╥nitialCapacity + (initialCapacity >>> 1) + 1）的最小2次冪值
 */
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;
}

根據(jù)已有的Map構(gòu)造

/**
 * 根據(jù)已有的Map構(gòu)造ConcurrentHashMap.
 */
public ConcurrentHashMap(Map m) {
    this.sizeCtl = DEFAULT_CAPACITY;
    putAll(m);
}

指定table初始容量和負(fù)載因子的構(gòu)造器

/**
 * 指定table初始容量和負(fù)載因子的構(gòu)造器.
 */
public ConcurrentHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
    this(initialCapacity, loadFactor, 1);
}

指定table初始容量、負(fù)載因子、并發(fā)級別的構(gòu)造器

/**
 * 指定table初始容量、負(fù)載因子、并發(fā)級別的構(gòu)造器.
 * 

 * 注意：concurrencyLevel只是為了兼容JDK1.8以前的版本，并不是實(shí)際的并發(fā)級別，loadFactor也不是實(shí)際的負(fù)載因子
 * 這兩個(gè)都失去了原有的意義，僅僅對初始容量有一定的控制作用
 */
public ConcurrentHashMap(int initialCapacity, float loadFactor, int concurrencyLevel) {
    if (!(loadFactor > 0.0f) || initialCapacity < 0 || concurrencyLevel <= 0)
        throw new IllegalArgumentException();

    if (initialCapacity < concurrencyLevel)
        initialCapacity = concurrencyLevel;

    long size = (long) (1.0 + (long) initialCapacity / loadFactor);
    int cap = (size >= (long) MAXIMUM_CAPACITY) ?
        MAXIMUM_CAPACITY : tableSizeFor((int) size);
    this.sizeCtl = cap;
}

我們再看下ConcurrentHashMap內(nèi)部定義了哪些常量/字段，先大致熟悉下這些常量/字段，后面結(jié)合具體的方法分析就能相對容易地理解這些常量/字段的含義了。

常量 :

/**
 * 最大容量.
 */
private static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

/**
 * 默認(rèn)初始容量
 */
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 16;

/**
 * The largest possible (non-power of two) array size.
 * Needed by toArray and related methods.
 */
static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

/**
 * 負(fù)載因子，為了兼容JDK1.8以前的版本而保留。
 * JDK1.8中的ConcurrentHashMap的負(fù)載因子恒定為0.75
 */
private static final float LOAD_FACTOR = 0.75f;

/**
 * 鏈表轉(zhuǎn)樹的閾值，即鏈接結(jié)點(diǎn)數(shù)大于8時(shí)， 鏈表轉(zhuǎn)換為樹.
 */
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

/**
 * 樹轉(zhuǎn)鏈表的閾值，即樹結(jié)點(diǎn)樹小于6時(shí)，樹轉(zhuǎn)換為鏈表.
 */
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;

/**
 * 在鏈表轉(zhuǎn)變成樹之前，還會(huì)有一次判斷：
 * 即只有鍵值對數(shù)量大于MIN_TREEIFY_CAPACITY，才會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)換。
 * 這是為了避免在Table建立初期，多個(gè)鍵值對恰好被放入了同一個(gè)鏈表中而導(dǎo)致不必要的轉(zhuǎn)化。
 */
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

/**
 * 在樹轉(zhuǎn)變成鏈表之前，還會(huì)有一次判斷：
 * 即只有鍵值對數(shù)量小于MIN_TRANSFER_STRIDE，才會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)換.
 */
private static final int MIN_TRANSFER_STRIDE = 16;

/**
 * 用于在擴(kuò)容時(shí)生成唯一的隨機(jī)數(shù).
 */
private static int RESIZE_STAMP_BITS = 16;

/**
 * 可同時(shí)進(jìn)行擴(kuò)容操作的最大線程數(shù).
 */
private static final int MAX_RESIZERS = (1 << (32 - RESIZE_STAMP_BITS)) - 1;

/**
 * The bit shift for recording size stamp in sizeCtl.
 */
private static final int RESIZE_STAMP_SHIFT = 32 - RESIZE_STAMP_BITS;

static final int MOVED = -1;                // 標(biāo)識ForwardingNode結(jié)點(diǎn)（在擴(kuò)容時(shí)才會(huì)出現(xiàn)，不存儲(chǔ)實(shí)際數(shù)據(jù)）
static final int TREEBIN = -2;              // 標(biāo)識紅黑樹的根結(jié)點(diǎn)
static final int RESERVED = -3;             // 標(biāo)識ReservationNode結(jié)點(diǎn)（）
static final int HASH_BITS = 0x7fffffff;    // usable bits of normal node hash

/**
 * CPU核心數(shù)，擴(kuò)容時(shí)使用
 */
static final int NCPU = Runtime.getRuntime().availableProcessors();

字段 :

/**
 * Node數(shù)組，標(biāo)識整個(gè)Map，首次插入元素時(shí)創(chuàng)建，大小總是2的冪次.
 */
transient volatile Node[] table;

/**
 * 擴(kuò)容后的新Node數(shù)組，只有在擴(kuò)容時(shí)才非空.
 */
private transient volatile Node[] nextTable;

/**
 * 控制table的初始化和擴(kuò)容.
 * 0  : 初始默認(rèn)值
 * -1 : 有線程正在進(jìn)行table的初始化
 * >0 : table初始化時(shí)使用的容量，或初始化/擴(kuò)容完成后的threshold
 * -(1 + nThreads) : 記錄正在執(zhí)行擴(kuò)容任務(wù)的線程數(shù)
 */
private transient volatile int sizeCtl;

/**
 * 擴(kuò)容時(shí)需要用到的一個(gè)下標(biāo)變量.
 */
private transient volatile int transferIndex;

/**
 * 計(jì)數(shù)基值,當(dāng)沒有線程競爭時(shí)，計(jì)數(shù)將加到該變量上。類似于LongAdder的base變量
 */
private transient volatile long baseCount;

/**
 * 計(jì)數(shù)數(shù)組，出現(xiàn)并發(fā)沖突時(shí)使用。類似于LongAdder的cells數(shù)組
 */
private transient volatile CounterCell[] counterCells;

/**
 * 自旋標(biāo)識位，用于CounterCell[]擴(kuò)容時(shí)使用。類似于LongAdder的cellsBusy變量
 */
private transient volatile int cellsBusy;


// 視圖相關(guān)字段
private transient KeySetView keySet;
private transient ValuesView values;
private transient EntrySetView entrySet;

我們來看下ConcurrentHashMap如何插入一個(gè)元素：

/**
 * 插入鍵值對，均不能為null.
 */
public V put(K key, V value) {
    return putVal(key, value, false);
}

put方法內(nèi)部調(diào)用了putVal這個(gè)私有方法：

/**
 * 實(shí)際的插入操作
 *
 * @param onlyIfAbsent true:僅當(dāng)key不存在時(shí),才插入
 */
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
    if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
    int hash = spread(key.hashCode());  // 再次計(jì)算hash值

    /**
     * 使用鏈表保存時(shí)，binCount記錄table[i]這個(gè)桶中所保存的結(jié)點(diǎn)數(shù)；
     * 使用紅黑樹保存時(shí)，binCount==2，保證put后更改計(jì)數(shù)值時(shí)能夠進(jìn)行擴(kuò)容檢查，同時(shí)不觸發(fā)紅黑樹化操作
     */
    int binCount = 0;

    for (Node[] tab = table; ; ) {            // 自旋插入結(jié)點(diǎn)，直到成功
        Node f;
        int n, i, fh;
        if (tab == null || (n = tab.length) == 0)                   // CASE1: 首次初始化table —— 懶加載
            tab = initTable();
        else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {    // CASE2: table[i]對應(yīng)的桶為null
            // 注意下上面table[i]的索引i的計(jì)算方式：[ key的hash值 & (table.length-1) ]
            // 這也是table容量必須為2的冪次的原因，讀者可以自己看下當(dāng)table.length為2的冪次時(shí)，(table.length-1)的二進(jìn)制形式的特點(diǎn) —— 全是1
            // 配合這種索引計(jì)算方式可以實(shí)現(xiàn)key的均勻分布，減少hash沖突
            if (casTabAt(tab, i, null, new Node(hash, key, value, null))) // 插入一個(gè)鏈表結(jié)點(diǎn)
                break;
        } else if ((fh = f.hash) == MOVED)                          // CASE3: 發(fā)現(xiàn)ForwardingNode結(jié)點(diǎn)，說明此時(shí)table正在擴(kuò)容，則嘗試協(xié)助數(shù)據(jù)遷移
            tab = helpTransfer(tab, f);
        else {                                                      // CASE4: 出現(xiàn)hash沖突,也就是table[i]桶中已經(jīng)有了結(jié)點(diǎn)
            V oldVal = null;
            synchronized (f) {              // 鎖住table[i]結(jié)點(diǎn)
                if (tabAt(tab, i) == f) {   // 再判斷一下table[i]是不是第一個(gè)結(jié)點(diǎn), 防止其它線程的寫修改
                    if (fh >= 0) {          // CASE4.1: table[i]是鏈表結(jié)點(diǎn)
                        binCount = 1;
                        for (Node e = f; ; ++binCount) {
                            K ek;
                            // 找到“相等”的結(jié)點(diǎn)，判斷是否需要更新value值
                            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) {     // “尾插法”插入新結(jié)點(diǎn)
                                pred.next = new Node(hash, key,
                                    value, null);
                                break;
                            }
                        }
                    } else if (f instanceof TreeBin) {  // CASE4.2: table[i]是紅黑樹結(jié)點(diǎn)
                        Node p;
                        binCount = 2;
                        if ((p = ((TreeBin) f).putTreeVal(hash, key, value)) != null) {
                            oldVal = p.val;
                            if (!onlyIfAbsent)
                                p.val = value;
                        }
                    }
                }
            }
            if (binCount != 0) {
                if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
                    treeifyBin(tab, i);     // 鏈表 -> 紅黑樹 轉(zhuǎn)換
                if (oldVal != null)         // 表明本次put操作只是替換了舊值，不用更改計(jì)數(shù)值
                    return oldVal;
                break;
            }
        }
    }
    addCount(1L, binCount);             // 計(jì)數(shù)值加1
    return null;
}   

putVal的邏輯還是很清晰的，首先根據(jù)key計(jì)算hash值，然后通過hash值與table容量進(jìn)行運(yùn)算，計(jì)算得到key所映射的索引——也就是對應(yīng)到table中桶的位置。

這里需要注意的是計(jì)算索引的方式：i = (n - 1) & hash

n - 1 == table.length - 1，table.length 的大小必須為2的冪次的原因就在這里。

讀者可以自己計(jì)算下，當(dāng)table.length為2的冪次時(shí)，(table.length-1)的二進(jìn)制形式的特點(diǎn)是除最高位外全部是1，配合這種索引計(jì)算方式可以實(shí)現(xiàn)key在table中的均勻分布，減少hash沖突——出現(xiàn)hash沖突時(shí)，結(jié)點(diǎn)就需要以鏈表或紅黑樹的形式鏈接到table[i]，這樣無論是插入還是查找都需要額外的時(shí)間。

putVal方法一共處理四種情況：

之前講構(gòu)造器的時(shí)候說了，ConcurrentHashMap在構(gòu)造的時(shí)候并不會(huì)初始化table數(shù)組，首次初始化就在這里通過initTable方法完成：

/**
 * 初始化table, 使用sizeCtl作為初始化容量.
 */
private final Node[] initTable() {
    Node[] tab;
    int sc;
    while ((tab = table) == null || tab.length == 0) {  //自旋直到初始化成功
        if ((sc = sizeCtl) < 0)         // sizeCtl<0 說明table已經(jīng)正在初始化/擴(kuò)容
            Thread.yield();
        else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {  // 將sizeCtl更新成-1,表示正在初始化中
            try {
                if ((tab = table) == null || tab.length == 0) {
                    int n = (sc > 0) ? sc : DEFAULT_CAPACITY;
                    Node[] nt = (Node[]) new Node[n];
                    table = tab = nt;
                    sc = n - (n >>> 2);     // n - (n >>> 2) = n - n/4 = 0.75n, 前面說了loadFactor已在JDK1.8廢棄
                }
            } finally {
                sizeCtl = sc;               // 設(shè)置threshold = 0.75 * table.length
            }
            break;
        }
    }
    return tab;
}

initTable方法就是將sizeCtl字段的值（ConcurrentHashMap對象在構(gòu)造時(shí)設(shè)置）作為table的大小。
需要注意的是這里的n - (n >>> 2)，其實(shí)就是0.75 * n，sizeCtl 的值最終需要變更為0.75 * n，相當(dāng)于設(shè)置了threshold。

最簡單的情況，直接CAS操作占用桶table[i]即可。

ForwardingNode結(jié)點(diǎn)是ConcurrentHashMap中的五類結(jié)點(diǎn)之一，相當(dāng)于一個(gè)占位結(jié)點(diǎn)，表示當(dāng)前table正在進(jìn)行擴(kuò)容，當(dāng)前線程可以嘗試協(xié)助數(shù)據(jù)遷移。

擴(kuò)容和數(shù)據(jù)遷移是ConcurrentHashMap中最復(fù)雜的部分，我們會(huì)在下一章專門討論。

當(dāng)兩個(gè)不同key映射到同一個(gè)table[i]桶中時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)這種情況：

當(dāng)table[i]的結(jié)點(diǎn)類型為Node——鏈表結(jié)點(diǎn)時(shí)，就會(huì)將新結(jié)點(diǎn)以“尾插法”的形式插入鏈表的尾部。

當(dāng)table[i]的結(jié)點(diǎn)類型為TreeBin——紅黑樹代理結(jié)點(diǎn)時(shí)，就會(huì)將新結(jié)點(diǎn)通過紅黑樹的插入方式插入。

putVal方法的最后，涉及將鏈表轉(zhuǎn)換為紅黑樹 —— treeifyBin ，但實(shí)際情況并非立即就會(huì)轉(zhuǎn)換，當(dāng)table的容量小于64時(shí)，出于性能考慮，只是對table數(shù)組擴(kuò)容1倍——tryPresize：

tryPresize方法涉及擴(kuò)容和數(shù)據(jù)遷移，我們會(huì)在下一章專門討論。

/**
 * 嘗試進(jìn)行 鏈表 -> 紅黑樹 的轉(zhuǎn)換.
 */
private final void treeifyBin(Node[] tab, int index) {
    Node b;
    int n, sc;
    if (tab != null) {

        // CASE 1: table的容量 < MIN_TREEIFY_CAPACITY(64)時(shí)，直接進(jìn)行table擴(kuò)容，不進(jìn)行紅黑樹轉(zhuǎn)換
        if ((n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
            tryPresize(n << 1);

            // CASE 2: table的容量 ≥ MIN_TREEIFY_CAPACITY(64)時(shí)，進(jìn)行鏈表 -> 紅黑樹的轉(zhuǎn)換
        else if ((b = tabAt(tab, index)) != null && b.hash >= 0) {
            synchronized (b) {
                if (tabAt(tab, index) == b) {
                    TreeNode hd = null, tl = null;

                    // 遍歷鏈表，建立紅黑樹
                    for (Node e = b; e != null; e = e.next) {
                        TreeNode p = new TreeNode(e.hash, e.key, e.val, null, null);
                        if ((p.prev = tl) == null)
                            hd = p;
                        else
                            tl.next = p;
                        tl = p;
                    }
                    // 以TreeBin類型包裝，并鏈接到table[index]中
                    setTabAt(tab, index, new TreeBin(hd));
                }
            }
        }
    }
}

我們來看下ConcurrentHashMap如何根據(jù)key來查找一個(gè)元素：

/**
 * 根據(jù)key查找對應(yīng)的value值
 *
 * @return 查找不到則返回null
 * @throws NullPointerException if the specified key is null
 */
public V get(Object key) {
    Node[] tab;
    Node e, p;
    int n, eh;
    K ek;
    int h = spread(key.hashCode());     // 重新計(jì)算key的hash值
    if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
            (e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null) {
        if ((eh = e.hash) == h) {       // table[i]就是待查找的項(xiàng)，直接返回
            if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))
                return e.val;
        } else if (eh < 0)              // hash值<0, 說明遇到特殊結(jié)點(diǎn)(非鏈表結(jié)點(diǎn)), 調(diào)用find方法查找
            return (p = e.find(h, key)) != null ? p.val : null;
        while ((e = e.next) != null) {  // 按鏈表方式查找
            if (e.hash == h &&
                    ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))))
                return e.val;
        }
    }
    return null;
}

get方法的邏輯很簡單，首先根據(jù)key的hash值計(jì)算映射到table的哪個(gè)桶——table[i]。

如果table[i]的key和待查找key相同，那直接返回；

如果table[i]對應(yīng)的結(jié)點(diǎn)是特殊結(jié)點(diǎn)（hash值小于0），則通過find方法查找；

如果table[i]對應(yīng)的結(jié)點(diǎn)是普通鏈表結(jié)點(diǎn)，則按鏈表方式查找。

關(guān)鍵是第二種情況，不同結(jié)點(diǎn)的find查找方式有所不同，我們來具體看下：

當(dāng)槽table[i]被普通Node結(jié)點(diǎn)占用，說明是鏈表鏈接的形式，直接從鏈表頭開始查找：

/**
 * 鏈表查找.
 */
Node find(int h, Object k) {
    Node 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;
}

TreeBin的查找比較特殊，我們知道當(dāng)槽table[i]被TreeBin結(jié)點(diǎn)占用時(shí)，說明鏈接的是一棵紅黑樹。由于紅黑樹的插入、刪除會(huì)涉及整個(gè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，所以通常存在讀寫并發(fā)操作的時(shí)候，是需要加鎖的。

ConcurrentHashMap采用了一種類似讀寫鎖的方式：當(dāng)線程持有寫鎖（修改紅黑樹）時(shí)，如果讀線程需要查找，不會(huì)像傳統(tǒng)的讀寫鎖那樣阻塞等待，而是轉(zhuǎn)而以鏈表的形式進(jìn)行查找（TreeBin本身時(shí)Node類型的子類，所有擁有Node的所有字段）

/**
 * 從根結(jié)點(diǎn)開始遍歷查找，找到“相等”的結(jié)點(diǎn)就返回它，沒找到就返回null
 * 當(dāng)存在寫鎖時(shí)，以鏈表方式進(jìn)行查找
 */
final Node find(int h, Object k) {
    if (k != null) {
        for (Node e = first; e != null; ) {
            int s;
            K ek;
            /**
             * 兩種特殊情況下以鏈表的方式進(jìn)行查找:
             * 1. 有線程正持有寫鎖，這樣做能夠不阻塞讀線程
             * 2. 有線程等待獲取寫鎖，不再繼續(xù)加讀鎖，相當(dāng)于“寫優(yōu)先”模式
             */
            if (((s = lockState) & (WAITER | WRITER)) != 0) {
                if (e.hash == h &&
                    ((ek = e.key) == k || (ek != null && k.equals(ek))))
                    return e;
                e = e.next;     // 鏈表形式
            }

            // 讀線程數(shù)量加1，讀狀態(tài)進(jìn)行累加
            else if (U.compareAndSwapInt(this, LOCKSTATE, s, s + READER)) {
                TreeNode r, p;
                try {
                    p = ((r = root) == null ? null :
                        r.findTreeNode(h, k, null));
                } finally {
                    Thread w;
                    // 如果當(dāng)前線程是最后一個(gè)讀線程，且有寫線程因?yàn)樽x鎖而阻塞，則寫線程，告訴它可以嘗試獲取寫鎖了
                    if (U.getAndAddInt(this, LOCKSTATE, -READER) == (READER | WAITER) && (w = waiter) != null)
                        LockSupport.unpark(w);
                }
                return p;
            }
        }
    }
    return null;
}

ForwardingNode是一種臨時(shí)結(jié)點(diǎn)，在擴(kuò)容進(jìn)行中才會(huì)出現(xiàn)，所以查找也在擴(kuò)容的table上進(jìn)行：

/**
 * 在新的擴(kuò)容table——nextTable上進(jìn)行查找
 */
Node find(int h, Object k) {
    // loop to avoid arbitrarily deep recursion on forwarding nodes
    outer:
    for (Node[] tab = nextTable; ; ) {
        Node e;
        int n;
        if (k == null || tab == null || (n = tab.length) == 0 ||
            (e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) == null)
            return null;
        for (; ; ) {
            int eh;
            K ek;
            if ((eh = e.hash) == h &&
                ((ek = e.key) == k || (ek != null && k.equals(ek))))
                return e;
            if (eh < 0) {
                if (e instanceof ForwardingNode) {
                    tab = ((ForwardingNode) e).nextTable;
                    continue outer;
                } else
                    return e.find(h, k);
            }
            if ((e = e.next) == null)
                return null;
        }
    }
}

ReservationNode是保留結(jié)點(diǎn)，不保存實(shí)際數(shù)據(jù)，所以直接返回null：

Node find(int h, Object k) {
    return null;
}

我們來看下ConcurrentHashMap是如何計(jì)算鍵值對的數(shù)目的：

public int size() {
    long n = sumCount();
    return ((n < 0L) ? 0 :
            (n > (long) Integer.MAX_VALUE) ? Integer.MAX_VALUE :
                    (int) n);
}

size方法內(nèi)部實(shí)際調(diào)用了sumCount方法：

final long sumCount() {
    CounterCell[] as = counterCells;
    CounterCell a;
    long sum = baseCount;
    if (as != null) {
        for (int i = 0; i < as.length; ++i) {
            if ((a = as[i]) != null)
                sum += a.value;
        }
    }
    return sum;
}

可以看到，最終鍵值對的數(shù)目其實(shí)是通過下面這個(gè)公式計(jì)算的：
$$ sum = baseCount + sum_{i=0}^nCounterCell[i] $$

如果讀者看過我之前的博文——LongAdder，這時(shí)應(yīng)該已經(jīng)猜到ConcurrentHashMap的計(jì)數(shù)思路了。

沒錯(cuò)，ConcurrentHashMap的計(jì)數(shù)其實(shí)延用了LongAdder分段計(jì)數(shù)的思路，只不過ConcurrentHashMap并沒有在內(nèi)部直接使用LongAdder，而是差不多copy了一份和LongAdder類似的代碼：

/**
 * 計(jì)數(shù)基值,當(dāng)沒有線程競爭時(shí)，計(jì)數(shù)將加到該變量上。類似于LongAdder的base變量
 */
private transient volatile long baseCount;

/**
 * 計(jì)數(shù)數(shù)組，出現(xiàn)并發(fā)沖突時(shí)使用。類似于LongAdder的cells數(shù)組
 */
private transient volatile CounterCell[] counterCells;

/**
 * 自旋標(biāo)識位，用于CounterCell[]擴(kuò)容時(shí)使用。類似于LongAdder的cellsBusy變量
 */
private transient volatile int cellsBusy;

我們來看下CounterCell這個(gè)槽對象——出現(xiàn)并發(fā)沖突時(shí)，每個(gè)線程會(huì)根據(jù)自己的hash值找到對應(yīng)的槽位置：

/**
 * 計(jì)數(shù)槽.
 * 類似于LongAdder中的Cell內(nèi)部類
 */
static final class CounterCell {
    volatile long value;

    CounterCell(long x) {
        value = x;
    }
}

回顧之前的putval方法的最后，當(dāng)插入一對鍵值對后，通過addCount方法將計(jì)數(shù)值為加1：

/**
 * 實(shí)際的插入操作
 *
 * @param onlyIfAbsent true:僅當(dāng)key不存在時(shí),才插入
 */
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
    // …
    addCount(1L, binCount);             // 計(jì)數(shù)值加1
    return null;
}

我們來看下addCount的具體實(shí)現(xiàn)（后半部分涉及擴(kuò)容，暫且不看）：
首先，如果counterCells為null，說明之前一直沒有出現(xiàn)過沖突，直接將值累加到baseCount上；
否則，嘗試更新counterCells[i]中的值，更新成功就退出。失敗說明槽中也出現(xiàn)了并發(fā)沖突，可能涉及槽數(shù)組——counterCells的擴(kuò)容，所以調(diào)用fullAddCount方法。

fullAddCount的邏輯和LongAdder中的longAccumulate幾乎完全一樣，這里不再贅述，讀者可以參考：Java多線程進(jìn)階（十七）—— J.U.C之a(chǎn)tomic框架：LongAdder

/**
 * 更改計(jì)數(shù)值
 */
private final void addCount(long x, int check) {
    CounterCell[] as;
    long b, s;
    if ((as = counterCells) != null ||
            !U.compareAndSwapLong(this, BASECOUNT, b = baseCount, s = b + x)) { // 首先嘗試更新baseCount
?
        // 更新失敗,說明出現(xiàn)并發(fā)沖突,則將計(jì)數(shù)值累加到Cell槽
        CounterCell a;
        long v;
        int m;
        boolean uncontended = true;
        if (as == null || (m = as.length - 1) < 0 ||
                (a = as[ThreadLocalRandom.getProbe() & m]) == null ||   // 根據(jù)線程hash值計(jì)算槽索引
                !(uncontended = U.compareAndSwapLong(a, CELLVALUE, v = a.value, v + x))) {
            fullAddCount(x, uncontended);       // 槽更新也失敗, 則會(huì)執(zhí)行fullAddCount
            return;
        }
        if (check <= 1)
            return;
        s = sumCount();
    }
    if (check >= 0) {       // 檢測是否擴(kuò)容
        Node[] tab, nt;
        int n, sc;
        while (s >= (long) (sc = sizeCtl) && (tab = table) != null && (n = tab.length) < MAXIMUM_CAPACITY) {
            int rs = resizeStamp(n);
            if (sc < 0) {
                if ((sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs || sc == rs + 1 ||
                        sc == rs + MAX_RESIZERS || (nt = nextTable) == null ||
                        transferIndex <= 0)
                    break;
                if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1))
                    transfer(tab, nt);
            } else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, (rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2))
                transfer(tab, null);
            s = sumCount();
        }
    }
}

本文較為詳細(xì)地分析了ConcurrentHashMap的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和典型方法的實(shí)現(xiàn)，下一篇將分析ConcurrentHashMap最復(fù)雜的部分——擴(kuò)容/數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移。