概览

Java容器主要包括Collection和Map两种,Collection存储对象集合,而Map存储键值对(两个对象)的映射表。

Collection

Collection关系图

Set

  • TreeSet:基于红黑树实现,支持有序性操作(通过其实现SortedSet接口也可看出)。但是查询效率不如HashSet,HashSet查找时间复杂度为O(1),而TreeSet则为O(logN)。
  • HashSet:基于哈希表实现,支出快速查找,但不支持有序性操作。并且失去了元素的插入顺序信息。
  • LinkedHashSet:具有HashSet的查找效率,并且内部使用双向链表维护元素的插入顺序。

List

  • ArrayList:基于动态数组实现,支持随机访问。
  • Vector:和ArrayList类似,但是它是线程安全的。
  • LinkedList:基于双向链表实现,只能顺序访问,但是可以快速的在链表中插入和删除。不仅如此,LinkedList还可以用作栈、队列和双向队列

Queue

  • LinkedList:可以用它来实现双向队列。
  • PriorityQueue:基于堆结构实现,可以用它来实现优先队列。

Map

Map关系图

  • TreeMap:基于红黑树实现。
  • HashMap:基于哈希表实现。
  • HashTable:和HashMap类似,但是它是线程安全的, 这意味着同一时刻多个线程同时写入HashTable不会导致数据不一致 。但是它是遗留类,不应该去使用它,而是使用ConcurrentHashMap来支持线程安全,ConcurrentHashMap的效率会更高,因为ConcurrentHashMap引入和分段锁。
  • LinkedHashMap:使用双向链表来维护元素的顺序,顺序为插入顺序或者最近最少使用顺序。

容器中的设计模式

迭代器模式

迭代器

Collection继承了Iterable接口,其中的iterator()方法能够产生一个Iterator对象,通过这个对象就可迭代遍历Collection中的元素。

从JDK1.5之后就可以使用foreach方法来遍历实现了Iterable接口的聚合对象。例如:

ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("笨笨");
list.add("蠢蠢");
for (String v:list){
	System.out.println(v);
}

适配器模式

java.util.Arrays.asList()可以把数组类型转换成List类型。需要注意的事,asList()参数为泛型的变长参数,不能使用基本类型数组作为参数,只能使用相应的包装类型数组。

asList()的实现代码如下:

@SafeVarargs
@SuppressWarnings("varargs")
public static <T> List<T> asList(T... a) {
    return new ArrayList<>(a);
}

调用asList()的两种方式如下:

//方式一
Integer[] args={1,2,3};
List<Integer> integers = Arrays.asList(args);
//方式二
List<String> strings = Arrays.asList("1", "2");

源码分析

没有特殊说明都是基于JDK 1.8的源码。

ArrayList

概览

因为ArrayList是基于数组实现的,所以支持快速随机访问。RandomAccess接口标识着该类支持快速随机访问。

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

数组的默认大小为10.

/**
 * Default initial capacity.
 */
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

ArrayList存储结构

扩容

添加元素时使用ensureCapacityInternal()方法来保证容量足够,如果不够,需要使用grow()方法来进行扩容,新容量的大小为旧容量的1.5倍(一般情况下)。

同时,扩容需要调用Arrays.copyOf()把原始数组整个复制到新数组中,这个操作代价很高, 因此最好在创建ArrayList对象时就指定大概容量的大小,减少扩容的次数

扩容部分源码如下:

public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }
    ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;
    // overflow-conscious code
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        grow(minCapacity);
}

private void grow(int minCapacity) {
    // overflow-conscious code
    int oldCapacity = elementData.length;
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
    if (minCapacity < 0) // overflow
        throw new OutOfMemoryError();
    return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
        Integer.MAX_VALUE :
        MAX_ARRAY_SIZE;
}

删除

需要调用System.arraycopy()将index+1后面的元素都复制到index位置上,该操作的时间复杂度为O(n),ArrayList删除元素的代价是非常高的。

public E remove(int index) {
    rangeCheck(index);
    modCount++;
    E oldValue = elementData(index);
    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
    elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
    return oldValue;
}

序列化

ArrayList基于数组实现,并且具有动态扩展的特性,因此保存元素的数组不一定都会被使用,那么就没必要全部进行序列化。

保存元素的数组elementData使用 transient 修饰, 该关键字声明数组默认不会被序列化

transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

ArrayList实现了writeObject()和readObject()来控制只序列化数组中有元素填充的那部分的内容。

private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
    throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
    elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;

    // Read in size, and any hidden stuff
    s.defaultReadObject();

    // Read in capacity
    s.readInt(); // ignored

    if (size > 0) {
        // be like clone(), allocate array based upon size not capacity
        ensureCapacityInternal(size);

        Object[] a = elementData;
        // Read in all elements in the proper order.
        for (int i=0; i<size; i++) {
            a[i] = s.readObject();
        }
    }
}

private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
    throws java.io.IOException{
    // Write out element count, and any hidden stuff
    int expectedModCount = modCount;
    s.defaultWriteObject();

    // Write out size as capacity for behavioural compatibility with clone()
    s.writeInt(size);

    // Write out all elements in the proper order.
    for (int i=0; i<size; i++) {
        s.writeObject(elementData[i]);
    }

    if (modCount != expectedModCount) {
        throw new ConcurrentModificationException();
    }
}

序列化时需要使用ObjectOutputStream的writeObject()将对象装换为字节流并输出。而writeObject()方法在传入的对象存在writeObject()方法的时候会反射调用该对象的writeObject()来实现序列化。反序列化使用的是ObjectInputStream的readObject()方法,原理类似。

Fail-Fast

modCount用来记录ArrayList结构发生变化的次数。结构发生变化是指:添加或者删除至少一个元素的所有操作,或者是调整内部数组的大小,仅仅是设置元素的值不算结构发生了变化。

在进行序列化或者迭代等操作时,需要比较操作前后的modCount是否发生了变化 ,如果发生了变化,则需要抛出ConcurrentModicationException。例如上面的writeObject()方法。

Vector

同步

它的实现与ArrayList类型,但是使用了关键字 synchronize 进行同步。

public synchronized boolean add(E e) {
    modCount++;
    ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
    elementData[elementCount++] = e;
    return true;
}

public synchronized E get(int index) {
    if (index >= elementCount)
        throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);

    return elementData(index);
}

扩容

Vector的构造函数可以传入capacityIncreament参数,它的作用是在扩容时使容量capacity增长capacityIncreament。如果这个参数的值小于等于0,扩容时每次都令capacity为原来的 两倍

public Vector(int initialCapacity, int capacityIncrement) {
    super();
    if (initialCapacity < 0)
        throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                           initialCapacity);
    this.elementData = new Object[initialCapacity];
    this.capacityIncrement = capacityIncrement;
}

private void grow(int minCapacity) {
    // overflow-conscious code
    int oldCapacity = elementData.length;
    int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ?
                                     capacityIncrement : oldCapacity);
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

调用没有capacityIncreament的构造函数时,capacityIncreament值被设置为0,也就是说默认情况下Vector每次扩容时容量都会翻倍。

public Vector(int initialCapacity) {
    this(initialCapacity, 0);
}

public Vector() {
    this(10);
}

与ArrayList的比较

  • Vetor是同步的,因此开销比ArrayList大,访问速度要更加慢。最好使用ArrayList而不是Vector,因为同步操作完全可以由程序员自己来控制。
  • Vector每次扩容(默认情况下)请求其大小的2倍(也可以通过构造函数设置增长的容量),而ArrayList是1.5倍。

替代方案

可以使用 Collections.synchronizedList(); 得到一个线程安全的ArrayList。

ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
List<Integer> synList = Collections.synchronizedList(list);

也可以使用concurrent并发包下的 CopyOnWriteArrayList 类。

List<String> list=new CopyOnWriteArrayList<>();

CopyOnWriteArrayList

读写分离

写操作在一个复制的数组上进行,读操作还是在原始数组中进行,读写分离,互不影响。

写操作需要加锁,防止并发写入时导致写入数据丢失。

写操作结束之后需要把原始数组指向新的复制数组。

public boolean add(E e) {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();
    try {
        Object[] elements = getArray();
        int len = elements.length;
        Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
        newElements[len] = e;
        setArray(newElements);
        return true;
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

final void setArray(Object[] a) {
    array = a;
}

@SuppressWarnings("unchecked")
private E get(Object[] a, int index) {
    return (E) a[index];
}

/**
 * {@inheritDoc}
 *
 * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
 */
public E get(int index) {
    return get(getArray(), index);
}

适用场景

CopyOnWriteArrayList在写操作的同时允许读操作,大大提高了读操作的性能,因此很适合读多写少的应用场景。但是CopyOnWriteArrayList有如下缺陷:

  • 内容占用:在写操作时需要复制一个新的数组,使得内容占用为原来的两倍左右。
  • 数据不一致:读操作不能读取实时性的数据,因为部分写操作的数据还未同步到读数组中。

所以CopyOnWriteArrayList不适合内容敏感以及对实时性要求很高的场景。

LinkedList

概览

基于双向链表实现,使用Node存储链表节点信息。

private static class Node<E> {
    E item;
    Node<E> next;
    Node<E> prev;
}

每个链表存储了first和last指针:

transient Node<E> first;
transient Node<E> last;

LinkedList存储结构

与ArrayList的比较

ArrayList基于动态数组实现,而LinkedList基于双线链表实现。ArrayList和LinkedList的区别可以归结为数组和链表的区别:

  • 数组支持随机访问,但插入删除的代价很高,需要移动大量元素。
  • 链表不支持随机访问,但插入删除只需要改变指针。

HashMap

以下源码分析以JDK 1.7为主。

存储结构

内部包含了一个Entry类型的数组table。Entry存储着键值对。它包含了四个字段,从next字段可以看出 Entry是一个链表 。即数组中的每个位置被当成一个桶,一个桶存放一个链表。HashMap使用 拉链法 来解决冲突,同一个链表中存放哈希值和散列桶取模运算结果相同的Entry。

HashMap存储结构

transient Entry[] table;

static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
    final K key;
    V value;
    Entry<K,V> next;
    int hash;

    Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
        value = v;
        next = n;
        key = k;
        hash = h;
    }

    public final K getKey() {
        return key;
    }

    public final V getValue() {
        return value;
    }

    public final V setValue(V newValue) {
        V oldValue = value;
        value = newValue;
        return oldValue;
    }

    public final boolean equals(Object o) {
        if (!(o instanceof Map.Entry))
            return false;
        Map.Entry e = (Map.Entry)o;
        Object k1 = getKey();
        Object k2 = e.getKey();
        if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) {
            Object v1 = getValue();
            Object v2 = e.getValue();
            if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2)))
                return true;
        }
        return false;
    }

    public final int hashCode() {
        return Objects.hashCode(getKey()) ^ Objects.hashCode(getValue());
    }

    public final String toString() {
        return getKey() + "=" + getValue();
    }
}

拉链法的工作原理

举例如下:

HashMap<String, String> map = new HashMap<>();
map.put("K1", "V1");
map.put("K2", "V2");
map.put("K3", "V3");
  • 新建一个HashMap,默认大小为16。
  • 插入<K1,V1>键值对,先计算K1的hashCode为115,使用除留余数法得到所在的桶下标115%16=3。
  • 插入<K2,V2>键值对,先计算K2的hashCode为118,使用除留余数法得到所在的桶下标118%16=6。
  • 插入<K3,V3>键值对,先计算K3的hashCode为118,使用除留余数法得到所在的桶下标118%16=6,插在<K2,V2>前面。

Notice: 链表的插入是以头插法进行的,例如上面的<K3,V3>不是插在<K2,V2>后面,而是插在链表头部。

查找需要分两步:

  1. 计算键值对所在的桶。
  2. 在链表上顺序查找,时间复杂度显然和链表的长度成正比。

拉链法工作原理

put操作

public V put(K key, V value) {
    if (table == EMPTY_TABLE) {
        inflateTable(threshold);
    }
    // 键为 null 单独处理
    if (key == null)
        return putForNullKey(value);
    int hash = hash(key);
    // 确定桶下标
    int i = indexFor(hash, table.length);
    // 先找出是否已经存在键为 key 的键值对,如果存在的话就更新这个键值对的值为 value
    for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
        Object k;
        if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
            V oldValue = e.value;
            e.value = value;
            e.recordAccess(this);
            return oldValue;
        }
    }

    modCount++;
    // 插入新键值对
    addEntry(hash, key, value, i);
    return null;
}

HashMap允许插入键为null的键值对。 但是因为无法调用null的hashCode()方法,也就无法确定该键值对的桶下标,只能通过强制指定一个桶下标来存放。HashMap使用第0个桶存放键为null的键值对。

private V putForNullKey(V value) {
    for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
        if (e.key == null) {
            V oldValue = e.value;
            e.value = value;
            e.recordAccess(this);
            return oldValue;
        }
    }
    modCount++;
    addEntry(0, null, value, 0);
    return null;
}

使用链表的头插法,也就是新的键值对插在链表的头部,而不是链表的尾部。

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
    if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
        resize(2 * table.length);
        hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
        bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
    }

    createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
}

void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
    Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
    // 头插法,链表头部指向新的键值对
    table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
    size++;
}

Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
    value = v;
    next = n;
    key = k;
    hash = h;
}

确定桶下标

很多操作都要先确定一个键值对的所在桶的下标,分为如下两步:

int hash=hash(key);
int i=indexFor(hash,table.length);
计算hash值
final int hash(Object k) {
    int h = hashSeed;
    if (0 != h && k instanceof String) {
        return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);
    }

    h ^= k.hashCode();

    // This function ensures that hashCodes that differ only by
    // constant multiples at each bit position have a bounded
    // number of collisions (approximately 8 at default load factor).
    h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
    return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}

public final int hashCode() {
    return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);
}
取模

令x=1«4,即x为2的4此方。令一个数y与x-1做与运算,可以去除y位级表示的第4位以上数:

y       : 10110010
x-1     : 00001111
y&(x-1) : 00000010

这个性质和y对x取模效果是一样的:

y   : 10110010
x   : 00010000
y%x : 00000010

而位运算的代价比求模运算小得多,因此在进行这种计算用位运算能带来更高的性能。确定桶的下标的最后一步就是将key的hash值对桶个数取模:hash%capacity,如果能保证capacity为2的n次方,那么就可以将这个取模操作转换成与操作。

static int indexFor(int h, int length) {
    return h & (length-1);
}

扩容基本原理

设HashMap的table的长度为M,需要存储的键值对数量为N,如果哈希函数满足均匀性的要求,那么每条链表的长度大约为N/M,因此查找的复杂度为O(N/M)。为了让查找成本降低,应该是N/M尽可能小,因此需要保证M尽可能的大,也就是说table要尽可能大。HashMap采用动态扩容来根据当前的N值来调整M值,是的空间效率和时间效率得到保证。

和扩容有关的参数主要有:capacity、size、threshold和load_factor:

参数含义
capacitytable的容量大小,默认为16。需要注意的是: capacity必须为2的n次方
size键值对的数量
thresholdsize的阈值,当size大于等于threshold就必须进行扩容
loadFactor装载因子,table能够使用的比例,threshold=(int)(capacity*loadFactor)

相关源码如下:

static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;

static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

transient Entry[] table;

transient int size;

int threshold;

final float loadFactor;

transient int modCount;

从下面的代码可看出,当需要扩容时,令capacity为原来的两倍:

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
    Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
    table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
    if (size++ >= threshold)
        resize(2 * table.length);
}

扩容使用resize()实现,需要注意的是扩容同样需要把oldTable的所有键值对重新插入到newTable中,因此这一步是很费时的。

void resize(int newCapacity) {
    Entry[] oldTable = table;
    int oldCapacity = oldTable.length;
    if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
        threshold = Integer.MAX_VALUE;
        return;
    }
    Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
    transfer(newTable);
    table = newTable;
    threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
}

void transfer(Entry[] newTable) {
    Entry[] src = table;
    int newCapacity = newTable.length;
    for (int j = 0; j < src.length; j++) {
        Entry<K,V> e = src[j];
        if (e != null) {
            src[j] = null;
            do {
                Entry<K,V> next = e.next;
                int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
				//头插法
                e.next = newTable[i];
                newTable[i] = e;
                e = next;
            } while (e != null);
        }
    }
}

扩容重新计算桶下标

在进行扩容时,需要把键值对重新计算桶下标,从而放在对应的桶上。HashMap使用hash%capacity来确定桶下标(确保capacity为2的n次方,便使用hash&(capacity-1)同等替换)。

假设原数组长度capacity为16,扩容后new capacity为32:

capacity     : 00010000
new capacity : 00100000

此时观察hash值的第5位,如果第5位为0,则桶位置和原来一样,如果为1,则在原位置加2^5=16。

计算数组容量

HashMap构造函数允许用户传入的容量不是2的n次方,因为它可以自动地将传入的容量转换为2的n次方。

现在存在一个定理: 大于某个数的最小的2的n次方,为此数的掩码加1 。那么如果计算一个数的掩码呢,例如对于10010000,它的掩码是11111111,可以使用如下方法得到其掩码:

mask |= mask >> 1    11011000
mask |= mask >> 2    11111110
mask |= mask >> 4    11111111

那么mask+1就是 大于 原始数据的最小2的n次方:

num     10010000
mask+1 100000000

以下是HashMap中计算数组容量的代码:

static final int tableSizeFor(int cap) {
    int n = cap - 1;
    n |= n >>> 1;
    n |= n >>> 2;
    n |= n >>> 4;
    n |= n >>> 8;
    n |= n >>> 16;
    return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
}

Notice: tableSizeFor()函数一开始将cap-1,是因为如果不减一最终得到的是一个 大于 cap的最小的2的n次方,首先将cap-1,就能够得到 大于等于 cap的最小的2的n次方了。

链表转为红黑树

从JDK 1.8开始,一个桶存储的链表长度大于等于8时将会将链表转为红黑树。

与HashTable的比较

  • HashTable使用synchronized来进行同步。
  • HashMap可以插入键为null的Entry。
  • HashMap的迭代器是fail-fast迭代器。
  • HashMap不能保证随着时间的推移Map中的元素次序是不变的。

ConcurrentHashMap

存储结构

static final class HashEntry<K,V> {
    final int hash;
    final K key;
    volatile V value;
    volatile HashEntry<K,V> next;
}

ConcurrentHashMap和HashMap实现上类似,最主要的区别是ConcurrentHashMap采用了 分段锁(Segment) ,每个分段锁维护着几个桶(HashEntry),多线程可以同时访问不同分段锁上的桶,从而使得其并发度更高(并发度就是Segment的个数)。

Segment继承自ReentrantLock:

static final class Segment<K,V> extends ReentrantLock implements Serializable {

    private static final long serialVersionUID = 2249069246763182397L;

    static final int MAX_SCAN_RETRIES =
        Runtime.getRuntime().availableProcessors() > 1 ? 64 : 1;

    transient volatile HashEntry<K,V>[] table;

    transient int count;

    transient int modCount;

    transient int threshold;

    final float loadFactor;
}

默认的并发级别是16,也就是说默认创建16个Segment:

final Segment<K,V>[] segments;
static final int DEFAULT_CONCURRENCY_LEVEL = 16;

ConcurrentHashMap存储结构图

size操作

每个Segment维护一个count变量来统计该Segment中的键值对数目。

/**
 * The number of elements. Accessed only either within locks
 * or among other volatile reads that maintain visibility.
 */
transient int count;

在执行size操作时,需要遍历所有的Segment然后把所有的count累计起来。ConcurrentHashMap在执行size操作的时候先尝试不加锁,如果连续两次不加锁操作得到modCount的结果一致,那么可以认为这个结果是正确的。尝试次数使用RETRIES_BEFORE_LOCK定义,该值为2,retries初始值为-1,因此尝试次数为3。如果尝试次数超过3次,就需要对每个Segment加锁。

/**
 * Number of unsynchronized retries in size and containsValue
 * methods before resorting to locking. This is used to avoid
 * unbounded retries if tables undergo continuous modification
 * which would make it impossible to obtain an accurate result.
 */
static final int RETRIES_BEFORE_LOCK = 2;

public int size() {
    // Try a few times to get accurate count. On failure due to
    // continuous async changes in table, resort to locking.
    final Segment<K,V>[] segments = this.segments;
    int size;
    boolean overflow; // true if size overflows 32 bits
    long sum;         // sum of modCounts
    long last = 0L;   // previous sum
    int retries = -1; // first iteration isn't retry
    try {
        for (;;) {
            // 超过尝试次数,则对每个 Segment 加锁
            if (retries++ == RETRIES_BEFORE_LOCK) {
                for (int j = 0; j < segments.length; ++j)
                    ensureSegment(j).lock(); // force creation
            }
            sum = 0L;
            size = 0;
            overflow = false;
            for (int j = 0; j < segments.length; ++j) {
                Segment<K,V> seg = segmentAt(segments, j);
                if (seg != null) {
                    sum += seg.modCount;
                    int c = seg.count;
                    if (c < 0 || (size += c) < 0)
                        overflow = true;
                }
            }
            // 连续两次得到modCount的结果一致,则认为这个结果是正确的
            if (sum == last)
                break;
            last = sum;
        }
    } finally {
        if (retries > RETRIES_BEFORE_LOCK) {
            for (int j = 0; j < segments.length; ++j)
                segmentAt(segments, j).unlock();
        }
    }
    return overflow ? Integer.MAX_VALUE : size;
}

JDK 1.8的改动

  • JDK 1.7使用分段锁机制实现并发更新操作,核心类为Segment,它继承自重入锁ReentrantLock,并发度和Segment数量相等。
  • JDK 1.8使用了CAS操作来支持更高的并发度,在CAS操作失败时使用内置锁synchronized。
  • JDK 1.8的实现也在链表过长时会转换为红黑树。

LinkedHashMap

存储结构

继承自HashMap,因此具有和HashMap一样的快速查找特征:

public class LinkedHashMap<K,V> extends HashMap<K,V> implements Map<K,V>

内部维护一个双向链表,用来维护插入顺序或者LRU顺序:

/**
 * The head (eldest) of the doubly linked list.
 */
transient LinkedHashMap.Entry<K,V> head;

/**
 * The tail (youngest) of the doubly linked list.
 */
transient LinkedHashMap.Entry<K,V> tail;

accessOrder决定了顺序,默认为false,此时维护的是插入顺序,否则维护的就是LRU顺序。

final boolean accessOrder;

LinkedHashMap最重要的是以下用于维护顺序的函数,它们会在put、get等方法中调用。

void afterNodeAccess(Node<K,V> p) { }
void afterNodeInsertion(boolean evict) { }

afterNodeAccess()