多线程（十六、ConcurrentHashMap原理（3）扩容）
扩容的原理
扩容一般分为2个步骤
1、table数组的扩容，一般是2倍的扩容，这个是单线程操作的。
2、数据的迁移，把旧table中的各个槽中的结点重新分配到新table中。
ConcurrentHashMap在处理rehash的时候，并不会重新计算每个key的hash值，而是利用了一种很巧妙的方法。
1、ConcurrentHashMap内部的table数组的大小必须为2的幂次，原因是让key均匀分布，减少冲突
2、当table数组的大小为2的幂次时，通过key.hash & table.length-1这种方式计算出的索引i，当table扩容后（2倍），新的索引要么在原来的位置i，要么是i+n，n为扩容之前的容量。
3、这种处理方式非常利于扩容时多个线程同时进行的数据迁移操作，因为旧table的各个桶中的结点迁移不会互相影响，将整个table数组划分为很多部分，每一部分包含一定区间的桶，每个数据迁移线程处理各自区间中的结点
什么时候扩容？
链表的结点数目超过一定阈值，就会触发链表 -> 红黑树的转换，执行treeifyBin方法。
/**
* 链表 -> 红黑树 的转换.
*/
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)时，直接table扩容，不红黑树转换
if ((n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
tryPresize(n << 1); //左移一位，就是*2，扩容2倍
// CASE 2: table的容量 ≥ MIN_TREEIFY_CAPACITY(64)时，链表 -> 红黑树的转换
else if ((b = tabAt(tab, index)) != null && b.hash >= 0) {
synchronized (b) {
if (tabAt(tab, index) == b) {
TreeNode hd = null, tl = null;
// 遍历链表，建立红黑树
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;
}
// 封装TreeBin，并链接到table[index]中
setTabAt(tab, index, new TreeBin(hd));
}
}
}
}
} 扩容函数tryPresize
private final void tryPresize(int size) {
//动态调整扩容的大小
int c = (size >= (MAXIMUM_CAPACITY >>> 1)) ? MAXIMUM_CAPACITY :
tableSizeFor(size + (size >>> 1) + 1);
int sc;
while ((sc = sizeCtl) >= 0) { //大于等于0代表，初始化或者扩容后的（table*负载因子）的桶数量
Node[] tab = table; int n;
//Case1，table没有初始化，先初始化
if (tab == null || (n = tab.length) == 0) {
n = (sc > c) ? sc : c;
//设置SIZECTL为-1代表，初始化或者扩容进行中
if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {
try {
if (table == tab) {
Node[] nt = (Node[])new Node[n];//生成新的table
table = nt;
sc = n - (n >>> 2); //n-(n/4) = 0.75n,也就是负载因子
}
} finally {
sizeCtl = sc; //设置sizeCtl为扩容后的桶*负载因子
}
}
}
//Case2, c=MAXIMUM_CAPACITY,说明桶超限了。
else if (c <= sc || n >= MAXIMUM_CAPACITY)
break;
//Case3,开始扩容
else if (tab == table) {
int rs = resizeStamp(n);//根据容量n生成一个随机数，唯一标识本次扩容操作
if (sc < 0) { //sc<0,说明sizeCtl<0,代表有别的线程正在进行扩容
Node[] nt;
//不能协助扩容，退出
if ((sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs || sc == rs + 1 ||
sc == rs + MAX_RESIZERS || (nt = nextTable) == null ||
transferIndex <= 0)
break;
//加入扩容的队伍，同时sizeCtl+1，此时sizeCtl代表扩容的线程数量
if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1))
transfer(tab, nt);
}
//设置sizeCtl为负数，代表自己是第一个扩容的线程，CAS操作保证只有一个线程安全
else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc,
(rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2))
transfer(tab, null); //null代表首次扩容
}
}
} 数据迁移方法transfer
/**
* tab, 旧table
* nextTAB 扩容后的table
*/
private final void transfer(Node[] tab, Node[] nextTab) {
int n = tab.length, stride;
//每个线程负责迁移table一个区间段的桶的个数，最少是16个
if ((stride = (NCPU > 1) ? (n >>> 3) / NCPU : n) < MIN_TRANSFER_STRIDE)
stride = MIN_TRANSFER_STRIDE; // subdivide range
//首次扩容
if (nextTab == null) { // initiating
try {
//创建新的table,默认n*2
Node[] nt = (Node[])new Node[n << 1];
nextTab = nt;
} catch (Throwable ex) { // try to cope with OOME
sizeCtl = Integer.MAX_VALUE;
return;
}
nextTable = nextTab;
transferIndex = n; //要迁移的桶的个数
}
int nextn = nextTab.length;
//创建扩容节点，当某个桶迁移完成后，放入table[i],标记桶扩容完成
ForwardingNode fwd = new ForwardingNode(nextTab);
boolean advance = true; //为true,表示当前桶迁移完成，可以继续处理下一个桶
boolean finishing = false; // 最后一个数据迁移的线程将该值置为true，进行扩容的收尾工作
//i桶索引，bound就是线程要处理的另一个区间边界
for (int i = 0, bound = 0;;) {
Node f; int fh;
//定位本轮处理区间【transferIndex-1，transferIndex-stride】
while (advance) {
int nextIndex, nextBound;
if (--i >= bound || finishing)
advance = false;
else if ((nextIndex = transferIndex) <= 0) {
i = -1;
advance = false;
}
else if (U.compareAndSwapInt
(this, TRANSFERINDEX, nextIndex,
nextBound = (nextIndex > stride ?
nextIndex - stride : 0))) {
bound = nextBound;
i = nextIndex - 1;
advance = false;
}
}
//Case1,最后一个迁移线程或者是线程出现了冲突，导致了i<0
if (i < 0 || i >= n || i + n >= nextn) {
int sc;
if (finishing) { //迁移完成
nextTable = null;
table = nextTab;
sizeCtl = (n << 1) - (n >>> 1);
return;
}
//扩容线程数减1,当前线程任务已执行完成
if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc = sizeCtl, sc - 1)) {
//判断是否最后一个迁移线程，不是则退出
if ((sc - 2) != resizeStamp(n) << RESIZE_STAMP_SHIFT)
return;
finishing = advance = true;
//最后一个线程，还原i值，重新进行检查，是否全部迁移完成，应该所有桶都是ForwardingNode
i = n; // recheck before commit
}
}
// CASE2：旧桶本身为null，不用迁移，放一个ForwardingNode
else if ((f = tabAt(tab, i)) == null)
advance = casTabAt(tab, i, null, fwd);
//CASE3：该旧桶已经迁移完成，直接跳过，hash==moved 代表ForwardingNode
else if ((fh = f.hash) == MOVED)
advance = true; // already processed
else {
// CASE4：该旧桶未迁移完成，进行数据迁移，加锁
synchronized (f) {
if (tabAt(tab, i) == f) {
Node ln, hn;
if (fh >= 0) { //桶是链表，迁移链表
/**
* 下面的过程会将旧桶中的链表分成两部分：ln链和hn链
* ln链会插入到新table的槽i中，hn链会插入到新table的槽i+n中
*/
int runBit = fh & n;
Node lastRun = f;
for (Node 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 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(ph, pk, pv, ln);
else
hn = new Node(ph, pk, pv, hn);
}
setTabAt(nextTab, i, ln); // ln链表存入新桶的索引i位置
setTabAt(nextTab, i + n, hn); // hn链表存入新桶的索引i+n位置
setTabAt(tab, i, fwd); // 设置ForwardingNode占位
advance = true; // 表示当前旧桶的结点已迁移完毕
}
else if (f instanceof TreeBin) { //红黑树迁移
TreeBin t = (TreeBin)f;
TreeNode lo = null, loTail = null;
TreeNode hi = null, hiTail = null;
/**
* 先以链表方式遍历，复制所有结点，然后根据高低位组装成两个链表；
* 然后看下是否需要进行红黑树转换，最后放到新table对应的桶中
*/
int lc = 0, hc = 0;
for (Node e = t.first; e != null; e = e.next) {
int h = e.hash;
TreeNode p = new TreeNode
(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;
}
}
// 判断是否需要进行 红黑树 <-> 链表 的转换
ln = (lc <= UNTREEIFY_THRESHOLD) ? untreeify(lo) :
(hc != 0) ? new TreeBin(lo) : t;
hn = (hc <= UNTREEIFY_THRESHOLD) ? untreeify(hi) :
(lc != 0) ? new TreeBin(hi) : t;
setTabAt(nextTab, i, ln);
setTabAt(nextTab, i + n, hn);
setTabAt(tab, i, fwd);// 设置ForwardingNode占位
advance = true; // 表示当前旧桶的结点已迁移完毕
}
}
}
}
}
} 本文名称：多线程（十六、ConcurrentHashMap原理（3）扩容）
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