ConcurrentHashMap1.8源码tryPresize()和transfer()方法解析

1.引言

网上已经有很多关于ConcurrentHashMap1.8源码的解析,像putval(),get()等方法的源码也不是很复杂,在这就不再赘述了。但是很多文章的tryPresize()扩容方法讲的晦涩难懂,我今天就讲讲我对tryPresize()方法的理解

2.源码解析

首先,tryPresize()方法是在树化桶的链表时调用的,解析见注解

private final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int index) {
    Node<K,V> b; int n, sc;
    if (tab != null) {
        //当某个桶个节点数大于,但table[]的长度小于最小的长度时(默认64)
        // 进行扩容,调整某个桶中结点数量过多的问题
        if ((n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)TREEIFY_THRESHOLD
            tryPresize(n << 1);
        ......省略
}

接下来看看tryPresize()方法

private final void tryPresize(int size) {
        //size在传入之前就已经翻倍了,最终c是一个大于等于(size * 1.5 + 1)的2的幂次方数
        int c = (size >= (MAXIMUM_CAPACITY >>> 1)) ? MAXIMUM_CAPACITY :
            tableSizeFor(size + (size >>> 1) + 1);
        int sc;
        //此时的sizeCtl是cap * 0.75,扩容阈值
        while ((sc = sizeCtl) >= 0) {
            Node<K,V>[] tab = table; int n;
            if (tab == null || (n = tab.length) == 0) {
                n = (sc > c) ? sc : c;
                //如果此时tab为空,则进行初始化,将sizeCtl设为-1
                if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) {
                    try {
                        if (table == tab) {
                            @SuppressWarnings("unchecked")
                            Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n];
                            table = nt;
                            //sc = n * 0.75
                            sc = n - (n >>> 2);
                        }
                    } finally {
                        sizeCtl = sc;
                    }
                }
            }
            else if (c <= sc || n >= MAXIMUM_CAPACITY)
                break;
            //tab == table说明还没开始迁移节点
            else if (tab == table) {
                int rs = resizeStamp(n);
                //开始迁移原tab[] 中的数据,此时将sizeCtl设置为一个很大的负值,(rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2)必为一个负值
                if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc,
                                        (rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2))
                    //第一个发起迁移的线程,传入nextTable为null
                    transfer(tab, null);
            }
        }
    }

在说明transfer()方法前,先说明一下helpTransfer()方法,跟中该方法在源码中的使用,发现只有在桶的头节点的hash值为Moved时才会调用,功能是帮助迁移节点

final Node<K,V>[] helpTransfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V> f) {
        Node<K,V>[] nextTab; int sc;
        //只有f的hash为MOVED,才会执行该方法,说明f节点是ForwardingNode
        //如果nextTable为null,则表示迁移完成了,详见transfer()
        if (tab != null && (f instanceof ForwardingNode) &&
            (nextTab = ((ForwardingNode<K,V>)f).nextTable) != null) {
            int rs = resizeStamp(tab.length);
            while (nextTab == nextTable && table == tab &&
                   (sc = sizeCtl) < 0) {
                if ((sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs || sc == rs + 1 ||
                    sc == rs + MAX_RESIZERS || transferIndex <= 0)
                    break;
                //每有一个线程来帮助迁移,sizeCtl就+1,初始值为(rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2)(ps:在tryPresize()设置),之后再transfer中会用到
                if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1)) {
                    transfer(tab, nextTab);
                    break;
                }
            }
            return nextTab;
        }
        return table;
    }

弄明白上面几个方法逻辑的同学恭喜你,可以挑战最晦涩的transfer()方法啦,不多说,上code,巨长,不过不要被吓到,我已经写明注释了

//该方法通过全局的transferIndex来控制每个线程的迁移任务
private final void transfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V>[] nextTab) {
        //n为旧tab的长度,stride为步长(就是每个线程迁移的节点数)
        int n = tab.length, stride;
        //单核步长为1,多核为(n>>>3)/ NCPU,最小值为16
        if ((stride = (NCPU > 1) ? (n >>> 3) / NCPU : n) < MIN_TRANSFER_STRIDE)
            stride = MIN_TRANSFER_STRIDE; // subdivide range
        if (nextTab == null) {            // initiating
            try {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                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为全局属性
            nextTable = nextTab;
            //transferIndex也为全局属性,用于控制迁移位置
            transferIndex = n;
        }
        int nextn = nextTab.length;
        //ForwardingNode是正在被迁移的Node,它的key,value,next都为null
        //hash为MOVED,其中有个nextTable属性指向新tab[]
        ForwardingNode<K,V> fwd = new ForwardingNode<K,V>(nextTab);
        //advance为true,可以继续迁移下一个节点,false则停止迁移
        boolean advance = true;
        //是否结束迁移
        boolean finishing = false; // to ensure sweep before committing nextTab
        //i是当前迁移位置的索引,bound是迁移的边界,是从后往前的顺序
        for (int i = 0, bound = 0;;) {
            Node<K,V> f; int fh;
            while (advance) {
                int nextIndex, nextBound;
                //while循环迁移的--(减减)条件,第一个条件一直为true,finishing为true则迁移任务结束
                if (--i >= bound || finishing)
                    advance = false;
                //transferIndex(上一次迁移的边界)赋值给nextIndex(必执行),这里transferIndex一旦小于等于0
                //则说明原数组的所有位置的迁移都有相应的线程去处理了,该线程可以不用迁移了
                else if ((nextIndex = transferIndex) <= 0) {
                    i = -1;
                    advance = false;
                }
                //将nextBound赋值给transferIndex,nextBound = nextIndex - stride(上一个边界减去步长)
                //i = nextIndex - 1(上一个边界-1变成开始迁移的位置)
                else if (U.compareAndSwapInt
                         (this, TRANSFERINDEX, nextIndex,
                          nextBound = (nextIndex > stride ?
                                       nextIndex - stride : 0))) {
                    bound = nextBound;
                    i = nextIndex - 1;
                    advance = false;
                }
            }
            //i < 0说明所有迁移任务完成了
            if (i < 0 || i >= n || i + n >= nextn) {
                int sc;
                //所有迁移完成,将nextTable设为空,sizeCtl为新tab.length * 0.75
                if (finishing) {
                    nextTable = null;
                    table = nextTab;
                    sizeCtl = (n << 1) - (n >>> 1);
                    return;
                }
                //该线程完成迁移,sizeCtl - 1,对应之前helpTransfer()中+1
                if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc = sizeCtl, sc - 1)) {
                    //不相等说明还有其他线程没完成迁移,该线程结束任务
                    if ((sc - 2) != resizeStamp(n) << RESIZE_STAMP_SHIFT)
                        return;
                    //如果相等,则说明说有线程都完成任务了,设置finish为true
                    finishing = advance = true;
                    i = n; // recheck before commit
                }
            }
            //如果旧tab[i]为null,则放入ForwardingNode
            else if ((f = tabAt(tab, i)) == null)
                advance = casTabAt(tab, i, null, fwd);
            //如果该节点为ForwardingNode,则说明已经被迁移过了,就可以开始迁移下一个节点了
            else if ((fh = f.hash) == MOVED)
                advance = true; // already processed
            else {
                //迁移开始加锁,这部分和1.8HashMap差不多,将一条链表拆分成两条
                //建议去看看1.8HashMap的扩容代码,好懂一点
                synchronized (f) {
                    if (tabAt(tab, i) == f) {
                        Node<K,V> ln, hn;
                        //fh >= 0,说明是链表结构
                        //这个涉及到spread()方法,得到的hash值最高位必为0,则是正数
                        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);
                            //将该位置放入ForwardingNode
                            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;
                                }
                            }
                            //一分为二后如果节点数小于树化阈值,则将红黑树转回链表
                            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);
                            //将该位置放入ForwardingNode
                            setTabAt(tab, i, fwd);
                            //advance设置为true,说明该位置的迁移已经完成了
                            advance = true;
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }

要是以上注释都看懂了,那么对于tryPresize()和transfer()的执行逻辑也就大概明白了,要是有错误或者不明白的地方,欢迎留言讨论

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