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這篇文章主要介紹“ConcurrentHashMap的讀操作不需要加鎖的原因”,在日常操作中,相信很多人在ConcurrentHashMap的讀操作不需要加鎖的原因問題上存在疑惑,小編查閱了各式資料,整理出簡單好用的操作方法,希望對大家解答”ConcurrentHashMap的讀操作不需要加鎖的原因”的疑惑有所幫助!接下來,請跟著小編一起來學習吧!
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有基礎(chǔ)的同學知道在jdk1.7中是采用Segment + HashEntry + ReentrantLock的方式進行實現(xiàn)的,而1.8中放棄了Segment臃腫的設(shè)計,取而代之的是采用Node + CAS + Synchronized來保證并發(fā)安全進行實現(xiàn)。
JDK1.8的實現(xiàn)降低鎖的粒度,JDK1.7版本鎖的粒度是基于Segment的,包含多個HashEntry,而JDK1.8鎖的粒度就是HashEntry(首節(jié)點)
JDK1.8版本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)變得更加簡單,使得操作也更加清晰流暢,因為已經(jīng)使用synchronized來進行同步,所以不需要分段鎖的概念,也就不需要Segment這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)了,由于粒度的降低,實現(xiàn)的復(fù)雜度也增加了
JDK1.8使用紅黑樹來優(yōu)化鏈表,基于長度很長的鏈表的遍歷是一個很漫長的過程,而紅黑樹的遍歷效率是很快的,代替一定閾值的鏈表,這樣形成一個最佳拍檔
首先計算hash值,定位到該table索引位置,如果是首節(jié)點符合就返回
如果遇到擴容的時候,會調(diào)用標志正在擴容節(jié)點ForwardingNode的find方法,查找該節(jié)點,匹配就返回
以上都不符合的話,就往下遍歷節(jié)點,匹配就返回,否則最后就返回null
//會發(fā)現(xiàn)源碼中沒有一處加了鎖 public V get(Object key) { Node[] tab; Node e, p; int n, eh; K ek; int h = spread(key.hashCode()); //計算hash if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 && (e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null) {//讀取首節(jié)點的Node元素 if ((eh = e.hash) == h) { //如果該節(jié)點就是首節(jié)點就返回 if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))) return e.val; } //hash值為負值表示正在擴容,這個時候查的是ForwardingNode的find方法來定位到nextTable來 //eh=-1,說明該節(jié)點是一個ForwardingNode,正在遷移,此時調(diào)用ForwardingNode的find方法去nextTable里找。 //eh=-2,說明該節(jié)點是一個TreeBin,此時調(diào)用TreeBin的find方法遍歷紅黑樹,由于紅黑樹有可能正在旋轉(zhuǎn)變色,所以find里會有讀寫鎖。 //eh>=0,說明該節(jié)點下掛的是一個鏈表,直接遍歷該鏈表即可。 else if (eh < 0) return (p = e.find(h, key)) != null ? p.val : null; while ((e = e.next) != null) {//既不是首節(jié)點也不是ForwardingNode,那就往下遍歷 if (e.hash == h && ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))) return e.val; } } return null; }
get沒有加鎖的話,ConcurrentHashMap是如何保證讀到的數(shù)據(jù)不是臟數(shù)據(jù)的呢?
對于可見性,Java提供了volatile關(guān)鍵字來保證可見性、有序性。但不保證原子性。
普通的共享變量不能保證可見性,因為普通共享變量被修改之后,什么時候被寫入主存是不確定的,當其他線程去讀取時,此時內(nèi)存中可能還是原來的舊值,因此無法保證可見性。
volatile關(guān)鍵字對于基本類型的修改可以在隨后對多個線程的讀保持一致,但是對于引用類型如數(shù)組,實體bean,僅僅保證引用的可見性,但并不保證引用內(nèi)容的可見性。。
禁止進行指令重排序。
背景:為了提高處理速度,處理器不直接和內(nèi)存進行通信,而是先將系統(tǒng)內(nèi)存的數(shù)據(jù)讀到內(nèi)部緩存(L1,L2或其他)后再進行操作,但操作完不知道何時會寫到內(nèi)存。
如果對聲明了volatile的變量進行寫操作,JVM就會向處理器發(fā)送一條指令,將這個變量所在緩存行的數(shù)據(jù)寫回到系統(tǒng)內(nèi)存。但是,就算寫回到內(nèi)存,如果其他處理器緩存的值還是舊的,再執(zhí)行計算操作就會有問題。
在多處理器下,為了保證各個處理器的緩存是一致的,就會實現(xiàn)緩存一致性協(xié)議,當某個CPU在寫數(shù)據(jù)時,如果發(fā)現(xiàn)操作的變量是共享變量,則會通知其他CPU告知該變量的緩存行是無效的,因此其他CPU在讀取該變量時,發(fā)現(xiàn)其無效會重新從主存中加載數(shù)據(jù)。
總結(jié)下來:
第一:使用volatile關(guān)鍵字會強制將修改的值立即寫入主存;
第二:使用volatile關(guān)鍵字的話,當線程2進行修改時,會導致線程1的工作內(nèi)存中緩存變量的緩存行無效(反映到硬件層的話,就是CPU的L1或者L2緩存中對應(yīng)的緩存行無效);
第三:由于線程1的工作內(nèi)存中緩存變量的緩存行無效,所以線程1再次讀取變量的值時會去主存讀取。
是加在數(shù)組上的volatile嗎?
是加在數(shù)組上的volatile嗎?
我們知道volatile可以修飾數(shù)組的,只是意思和它表面上看起來的樣子不同。舉個栗子,volatile int array[10]是指array的地址是volatile的而不是數(shù)組元素的值是volatile的.
get操作可以無鎖是由于Node的元素val和指針next是用volatile修飾的,在多線程環(huán)境下線程A修改結(jié)點的val或者新增節(jié)點的時候是對線程B可見的。
static class Nodeimplements Map.Entry { final int hash; final K key; //可以看到這些都用了volatile修飾 volatile V val; volatile Node next; 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))); } /** * Virtualized support for map.get(); overridden in subclasses. */ 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; } }
既然volatile修飾數(shù)組對get操作沒有效果那加在數(shù)組上的volatile的目的是什么呢?
其實就是為了使得Node數(shù)組在擴容的時候?qū)ζ渌€程具有可見性而加的volatile
在1.8中ConcurrentHashMap的get操作全程不需要加鎖,這也是它比其他并發(fā)集合比如hashtable、用Collections.synchronizedMap()包裝的hashmap;安全效率高的原因之一。
get操作全程不需要加鎖是因為Node的成員val是用volatile修飾的和數(shù)組用volatile修飾沒有關(guān)系。
數(shù)組用volatile修飾主要是保證在數(shù)組擴容的時候保證可見性。
到此,關(guān)于“ConcurrentHashMap的讀操作不需要加鎖的原因”的學習就結(jié)束了,希望能夠解決大家的疑惑。理論與實踐的搭配能更好的幫助大家學習,快去試試吧!若想繼續(xù)學習更多相關(guān)知識,請繼續(xù)關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站,小編會繼續(xù)努力為大家?guī)砀鄬嵱玫奈恼拢?/p>
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