概述
上篇文章介绍了 HashMap 在多线程并发情况下是不安全的，多线程并发推荐使用 ConcurrentHashMap ，那么 ConcurrentHashMap 是什么？它的设计思想是什么，源码是怎么实现的？
ConcurrentHashMap是什么
Concurrent翻译过来是并发的意思，字面理解它的作用是处理并发情况的 HashMap，在介绍它之前先回顾下之前的知识。通过前面两篇学习，我们知道多线程并发下 HashMap 是不安全的(如死循环)，更普遍的是多线程并发下，由于堆内存对于各个线程是共享的，而 HashMap 的 put 方法不是原子操作，假设Thread1先 put 值，然后 sleep 2秒(也可以是系统时间片切换失去执行权)，在这2秒内值被Thread2改了，Thread1“醒来”再 get 的时候发现已经不是原来的值了，这就容易出问题。
那么如何避免这种多线程“奥迪变奥拓”的情况呢？常规思路就是给 HashMap 的 put 方法加锁(synchronized)，保证同一个时刻只允许一个线程拥有对 hashmap 有写的操作权限即可。然而假如线程1中操作耗时，占着茅坑半天不出来，其他需要操作该 hashmap 的线程就需要在门口排队半天，严重影响用户体验(HashTable 就是这么干的)。举个生活中的例子，很多银行除了存取钱，还支持存取贵重物品，贵重物品都放在保险箱里，把 HashMap 和 HashTable 比作银行，结构：
把线程比作人，对应的情况如下：
HashMap牌银行：我们的服务宗旨是不用排队，同一时间多人都有机会修改保险柜里的东西，你以为你存的是美元？取出来的其实是日元，破产就在一瞬间，刺不刺激。
HashTable牌银行：我们的服务宗旨是要排队，同一时间只有一个人有机会修改保险柜里的东西，其余的人只能看不能动手改，保你存的是美元取得还是美元。什么？你说如果那人在里面睡着了不出来怎么办？不要着急，来，坐下来打会麻将等他出来。
多线程下用 HashMap 不确定性太高，有破产的风险，不能选；用 HashTable 不会破产，但是用户体验不太好，那么怎样才能做到多人存取既不影响他人存值，又不用排队呢？有人提议搞个「银行者联盟」，多开几个像HashTable 这种「带锁」的银行就好了，有多少人办理业务，就开多少个银行，一对一服务，这个区都是大老板，开银行的成本都是小钱，于是「银行者联盟」成立了。
接下来的情况是这样的：比如盖伦和亚索一起去银行存他们的大宝剑，这个「银行者联盟」一顿操作，然后对盖伦说，1号银行现在没人，你可以去那存，不用排队，然后盖伦就去1号银行存他的大宝剑，1号银行把盖伦接进门，马上拉闸，一顿操作，然后把盖伦的大宝剑放在第x行第x个保险箱，等盖伦办妥离开后，再开闸；同样「银行者联盟」对亚索说，2号银行现在没人，你可以去那存，不用排队，然后亚索去2号银行存他的大宝剑，2号银行把亚索接进门，马上拉闸，一顿操作把亚索的大宝剑放在第x行第x号保险箱，等亚索离开后再开闸，此时不管盖伦和亚索在各自银行里面待多久都不会影响到彼此，不用担心自己的大宝剑被人偷换了。这就是ConcurrentHashMap的设计思路，用一个图来理解
从上图可以看出，此时锁的是对应的单个银行，而不是整个「银行者联盟」。分析下这种设计的特点：
多个银行组成的「银行者联盟」
当有人来办理业务时，「银行者联盟」需要确定这个人去哪个银行
当此人去到指定银行办理业务后，该银行上锁，其他人不能同时执行修改操作，直到此人离开后解锁
由这几点基本思想可以引发一些思考，比如：
1.成立「银行者联盟」时初识银行数是多少？怎么设计合理？
上面这张图没有给出是否需要排队的结论，这是因为需要结合实际情况分析，比如初识化有16个银行，只有两个人来办理业务，那自然不需要排队；如果现在16个银行都有人在办理业务，这时候来了第17个人，那么他还是需要排队的。由于「银行者联盟」事先无法得知会有多少人来办理业务，所以在它创立的时候需要制定一个「标准」，即初始银行数量，人多的情况「银行者联盟」应该多开几家银行，避免别人排队；人少的情况应该少开，避免浪费钱(什么，你说不差钱？那也不行)
2.当有人来办理业务的时候，「银行者联盟」怎么确定此人去哪个银行？
正常情况下，如果所有银行都是未上锁状态，那么有人来办理业务去哪都不用排队，当其中有些银行已经上锁，那么后续「银行者联盟」给人推荐的时候就不能把客户往上锁的银行引了，否则分分钟给人锤成麻瓜。因此「银行者联盟」需要时刻保持清醒的头脑，对自己的银行空闲情况了如指掌，每次给用户推荐都应该是最好的选择。
3.「银行者联盟」怎么保证同一时间不会有两个人在同一个银行拥有存权限？
通过对指定银行加锁/解锁的方式实现。
2
源码分析
Java7 源码分析
通过 Java7 的源码分析下代码实现，先看下一些重要的成员
上面这些一下出来有点接受不了没关系，下面都会介绍到。
接下来从最简单的初识化开始分析
默认构造函数会调用带三个参数的构造函数
上面定义了许多临时变量，注释写的又少，第一次看名字根本不知道这鬼东西代表什么意思，不过我们可以把已知的数据代进去，算出这些变量的值，再分析能不能找出一些猫腻。假设这是第一次默认创建：
步骤① concurrencyLevel = 16 ，可以计算出 sshift = 4，ssize = 16，segmentShift = 28，segmentMask = 15；
步骤② c = 16/16 = 1，cap = 2；
步骤③有句注释，创建 Segment 数组 segments 并初始化 segments [0] ，所以 s0 初始化后数组长度为2，负载因子0.75，阈值为1；再看这里的ss的初始化(重点，圈起来要考！！！)， ssize 此时为16，所以默认数组长度16，给人一种感觉正好和我们传的 concurrencyLevel 一样？看下下面的例子
所以我们传 concurrencyLevel 不一定就是最后数组的长度，长度的计算公式：
长度 = 2的n次方(2的n次方 >= concurrencyLevel)
到这里只是创建了一个长度为16的Segment 数组，并初始化数组0号位置，segmentShift和segmentMask还没派上用场，画图存档:
接着看 put 方法
步骤①可以看到和 HashMap 的区别，这里的 key/value 为空会报空指针异常；步骤②先根据 key 值计算 hash 值，再和前面算出来的两个变量计算出这个 key 应该放在哪个Segment中(具体怎么计算的有兴趣可以去研究下，先高位运算再取与)，假设我们算出来该键值对应该放在5号，步骤③判断5号为空，看下 ensureSegment() 方法
该方法重点在于拷贝了segments[0]，因此新创建的Segment与segment[0]的配置相同，由于多个线程都会有可能执行该方法，因此这里通过UNSAFE的一些原子性操作的方法做了多次的检查，到目前为止画图存档：
现在“舞台”也有了，请开始你的表演，看下 Segment 的put方法
上面的 put 方法其实和 Java7 HashMap里大致是一样的，只是多了加锁/解锁两步，也正因为这样才保证了同一时刻只有一个线程拥有修改的权限。按步骤分析下上面的流程：
步骤① 执行 tryLock 方法获取锁，拿到锁返回null，没拿到锁执行 scanAndLockForPut 方法；
步骤② 和 HashMap 里的那一套思路是一样的，不理解可以看下之前的文章介绍(情况②下面介绍)；
步骤③ 执行 unLock 方法解锁
假设现在Thread1进来存值，前面没人来过，它可以成功拿到锁，根据计算，得出它要存的键值对应该放在HashEntry[] 的0号位置，0号位置为空，于是新建一个 HashEntry，并通过 setEntryAt() 方法，放在0号位置，然而还没等 Thread1 释放锁，系统的时间片切到了 Thread2 ，先画图存档
Thread2 也来存值，通过前面的计算，恰好 Thread2 也被定位到 segments[5]，接下来 Thread2 尝试获取锁，没有成功(Thread1 还未释放)，执行 scanAndLockForPut() 方法：
通过上面的注释分析可以看出，Thread2 虽然此刻没有权限修改，但是它也没闲着，利用等锁的这个时间，把自己要放的键值对在数组中哪个位置计算出来了，这样当 Thread2 一拿到锁就可以立马定位到具体位置操作，节省时间。上面的步骤③稍微解释下，比如 Thread2 通过查找得知自己要修改的值在0号位置，但在 Thread1 里面又把该值改到了1号位置，如果它还去0号操作那肯定出问题了，所以需要重新确定。
假设 Thread2 put 值为(“亚索”，“98”)，对应1号位置，那么在 scanAndLockForPut 方法中对应情况①，画图存档：
再回到 Segment put 方法中的情况②，当 Thread1 释放锁后，Thread2 持有锁，并准备把亚索放在1号位置，然而此时 Segment[5] 里的键值对数量2 > 阈值1，所以调用 rehash() 方法扩容，
同样是扩容转移，这里的代码比 HashMap 中的 transfer 多了一些操作，在上上篇学习 HashMap 扩容可知，扩容后键值对的新位置要么和原位置一样，要么等于原位置+旧数组的长度，所以画个图来理解下上面代码这么写的原因：
前提：当前 HashEntry[] 长度为8，阈值为 8*0.75 = 6，所以 put 第7个键值对需要扩容 ，盖伦和亚索扩容前后位置不变，妖姬和卡特扩容后位置需要加上原数组长度，所以执行上面代码流程：
上面的代码先找出扩容前后需要转移的节点，先执行转移，然后再把该条链上剩下的节点转移，之所以这么写是起到复用的效果，注释中也说了，在使用默认阈值的情况下，只有大约 1/6 的节点需要被 clone 。注意到目前为止，可以看到无论是扩容转移还是新增节点，Java7都是采用的头插入方式，流程图如下：
相比之下，get 方法没有加锁/解锁的操作，代码比较简单就不分析了。
稍微说下Java8
Java8 对比Java7有很大的不同，比如取消了Segments数组，允许并发扩容。
先看下ConcurrentHashMap的初始化
和Java7不一样，这里是个空方法，那么它具体的初始化操作呢？直接看下 put 方法
代码有点长，第一次看很有可能引起身体不适，主要是因为引入了红黑树的判断和操作，以及线程安全的操作。同样key/value 为空会报空指针异常，这也是和 HashMap 一个明显的区别。
注释①
调用 initTable 初始化数组
put方法并没有加锁，那么它是如何保证创建新表的时候并发安全呢？答案就是这里的 sizeCtl ，sizeCtl 默认值为0，当一个线程初始化数组时，会将 sizeCtl 改成 -1，由于被 volatile 修饰，对于其他线程来说这个变化是可见的，上面代码看到后续线程判断 sizeCtl 小于0 就会让出执行权。
注释②
Java8 摒弃了Segment，而是对数组中单个位置加锁。当指定位置节点不为 null 时，情况与 Java8 HashMap 操作类似，新节点的添加还是尾部插入方式。
注释③
不管是链表的还是红黑树，确定之后总的节点数会加1，可能会引起扩容，Java8 ConcunrrentHashMap 支持并发扩容，之前扩容总是由一个线程将旧数组中的键值对转移到新的数组中，支持并发的话，转移所需要的时间就可以缩短了，当然相应的并发处理控制逻辑也就更复杂了，扩容转移通过 transfer 方法完成，Java8中该方法很长，感兴趣的可以看下源码。。。
用一个图来表示 Java8 ConcurrentHashMap的样子
3
总结
通过分析源码对比了 HashMap 与 ConcurrentHashMap的差别，以及Java7和Java8上 ConcurrentHashMap 设计的不同，当然还有很多坑没有填，比如其中调用了很多UNSAFE的CAS方法，可以减少性能上的消耗，平时很少用，了解的比较少；以及红黑树的具体原理和实现，后续慢慢填。。。
