参考文章
！！！ ConcurrentHashMap 的 addCount 和 fullAddCount 阅读
并发编程——ConcurrentHashMap#transfer() 扩容逐行分析
ConcurrentHashMap的扩容方法transfer源码详解
ConcurrentHashmap的fullAddCount
使用volatile和CAS保证属性修改的可见性和原子性。
对于数据的修改或者表的扩容，使用synchronized锁住桶的头结点。
以上两点保证了扩容时的线程安全问题。
ConcurrentHashMap的计数
借鉴了LongAdder的思想，在线程间没有竞争时，使用baseCount的进行计数。如果发生竞争，先判断counterCells是否为null，为null则进行counterCells的初始化，初始容量为2。再在counterCells找到当前线程对应的槽,使用CAS修改槽里的数据。如果CAS失败还可以修改当前线程对应的槽。
获取map里存放了多少数据，调用sumCount()方法，得到一个弱一致性的值。
如果countCells不为null，则将baseCount的值和countCells里所有的countCell的值之和相加。
如果countCells为null，则返回baseCount的值。
final long sumCount() {
CounterCell[] as = counterCells; CounterCell a;
long sum = baseCount;
if (as != null) {
for (int i = 0; i < as.length; ++i) {
if ((a = as[i]) != null)
sum += a.value;
}
}
return sum;
}
sizeCtl
正常情况是正数，表示阈值，超过这个数进行扩容，负载因子为0.75
-1表示初始化
小于0，表示正在扩容。左边16位表示扩容邮戳，右边16位表示当前正常扩容线程数+1。
扩容邮戳 rs = resizeStamp(n) ，表示当前长度的最高位左边有几个零。
因为table长度为2的n次幂，所以不同table长度右边0的个数的不相同的。
addCount
addCount(long x, int check)；有两个参数，第一个参数x表示map中数量的改变了多少，第二个参数check表示对结构性变更导致影响个数的记录。binCount 作为 addCount 中 check 的实际传参。在新增操作中，
-
对普通节点，即 Node 的链表节点，操作如果需要遍历，则 check = 遍历个数；
-
对树结构，check 总是等于 2。
-
当增加时，binCount > 0；
-
当减少时，binCount < 0；
-
当 binCount = 0时，实际上不调用 addCount，因为数量不变（存在于方法 replaceNode 等方法中）。
addCount 方法分为两部分：
- 将数量的修改更新到baseCount或countCells中
- 数量的修改可能导致结构的改变，判断是否需要扩容操作
addCount 有一种思想，即当一个集合发生过并发时，其后续发生的并发可能性也越高，所以会先判断 CounterCells 是否为空，如果不为空，则后续不再考虑在 baseCount 上操作。这种思想应当应用在大部分场景中。
同时，check 在此方法中，起作用总是在非并发情况下的线程，并发 CAS 失败的将进入 fullAddCount 然后直接退出。 查看方法实现，可见由 check 导致扩容检查的作用范围是：
- 非并发情况，直接 CAS(baseCount)；
- 并发但是 CAS(CounterCell[n]) 成功的线程，且操作的 Node 子节点需大于 1 或为树节点，而其他 CAS 失败将不会导致扩容检查。
这也将导致，部分 Node 链表的变更操作（putVal等）不会导致扩容检查——只变更了一个的情况；而树结构，因为总是 2，所以只要其 CAS 成功，则该线程辅助扩容检查。
为什么树形结构总是为 2， 如果它只更新了一个节点呢？
实际上，出现了树形结构，应该是该 Map 有扩容的考虑期望在里面，因为默认都是链表不足则先扩展大小，如果扩展大小后（大于64）依旧有新元素导致树化，即该 Map 具有较多的元素变更操作，可更关注于树形结构变更。这也近似于前面说到的思想，就好像跟偏向锁一样，总是偏向于某一种预定情况，而扩容检查则偏向于并发度高，操作频繁的。
private final void addCount(long x, int check) {
CounterCell[] as; long b, s;
// 如果 counterCells 不为空，则表示有多线程使用过了 cell，则后续都要用它来计数
// 如果没有用过，说明未遇到过并发，继续使用最 baseCount 增加个数，失败则转入多线程处理方式
if ((as = counterCells) != null ||
!U.compareAndSwapLong(this, BASECOUNT, b = baseCount, s = b + x)) {
CounterCell a; long v; int m;
// 标记是因为 CounterCells 为空才进入 fullAddCount 还是因为 CAS 并发替换失败才进入 fullAddCount
// uncontended = true 即表示由无并发进入，否则为 CAS 并发失败进入
boolean uncontended = true;
if (as == null || (m = as.length - 1) < 0 ||
(a = as[ThreadLocalRandom.getProbe() & m]) == null ||
!(uncontended =
U.compareAndSwapLong(a, CELLVALUE, v = a.value, v + x))) {
fullAddCount(x, uncontended);
return;
}
//影响的个数小于等于1 不需要扩容检查
if (check <= 1)
return;
//获取当前存放数据的长度
s = sumCount();
}
//数量变动引发的扩容检查
if (check >= 0) {
Node<K,V>[] tab, nt; int n, sc;
//s>sc 当前数量大于阈值，需要扩容，且满足扩容条件
while (s >= (long)(sc = sizeCtl) && (tab = table) != null &&
(n = tab.length) < MAXIMUM_CAPACITY) {
//扩容邮戳
int rs = resizeStamp(n);
//当前正在进行扩容
if (sc < 0) {
//sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs表示cells已经扩容了一轮了现在进行的是新一轮的扩容
//sc == rs + 1 ||sc == rs + MAX_RESIZERS 是bug 应该用sc的高16位去比较jdk12中修复了
//(nt = nextTable) == null ||transferIndex <= 0 表示扩容结束了
if ((sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs || sc == rs + 1 ||
sc == rs + MAX_RESIZERS || (nt = nextTable) == null ||
transferIndex <= 0)
break;
//扩容线程+1,CAS成功就去扩容
if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1))
transfer(tab, nt);
}
//没有其他线程进行扩容，则自己去扩容
else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc,
(rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2))
transfer(tab, null);
//获取当前存放数据的长度
s = sumCount();
}
}
}
fullAddCount
方法执行逻辑：
1.判断当前线程探针是否进行初始化，未初始化则进行初始化
2.操作countCells
2.1 如果countCells不为空：
-
-
- 对应的槽为空，则当前线程初始化当前的槽位，将x的值传给对应的槽位
- 对应的槽不为空，wasUncontended为false，表示之前的竞争失败了，rehash换一个槽位继续
- CAS修改对应槽位的值
- 如果rehash后CAS又失败了，就要恢复collide的值，准备下次循环进行扩容操作了
-
- 2.2 如果countCells为空：则进行countCells的初始化，初始容量为2
- 2.3 如果以上两种都失败了，则使用CAS(BaseCount)作为备选方案
private final void fullAddCount(long x, boolean wasUncontended) {
int h;
//获取当前线程探针，如果为0，则代表探针未初始化，进行探针初始化
if ((h = ThreadLocalRandom.getProbe()) == 0) {
ThreadLocalRandom.localInit();
h = ThreadLocalRandom.getProbe();
//修改wasUncontended的值，表示未在CAS(CounterCell[n])中竞争失败
wasUncontended = true;
}
//collide表示碰撞，如果collide为true则表示countCounts需要进行扩容处理
boolean collide = false;
for (;;) {
CounterCell[] as; CounterCell a; int n; long v;
//如果counterCells非空
if ((as = counterCells) != null && (n = as.length) > 0) {
//当前线程对应的如果counterCells中的位置为空
if ((a = as[(n - 1) & h]) == null) {
//如果没有进行初始化或者扩容
if (cellsBusy == 0) { // 尝试添加一个新的Cell
CounterCell r = new CounterCell(x); // Optimistic create
//使用CAS加锁
if (cellsBusy == 0 &&
U.compareAndSwapInt(this, CELLSBUSY, 0, 1)) {
boolean created = false;
try { // 锁之后又进行一次判断
CounterCell[] rs; int m, j;
if ((rs = counterCells) != null &&
(m = rs.length) > 0 &&
rs[j = (m - 1) & h] == null) {
rs[j] = r;
created = true;
}
} finally {
cellsBusy = 0;
}
if (created)
break;
continue; // Slot is now non-empty
}
}
collide = false;
}
//当前线程在counterCells中对应的位置，竞争失败，不需要再次CAS了，重新设置一个新的线程探针
else if (!wasUncontended) // CAS already known to fail
wasUncontended = true;
//在当前线程counterCells中对应的位置进行cas操作
else if (U.compareAndSwapLong(a, CELLVALUE, v = a.value, v + x))
break;
//判断是否当前counterCells被修改，或者counterCells的长度大于cpu核数
else if (counterCells != as || n >= NCPU)
collide = false; // At max size or stale
//rehash后又CAS失败，恢复collide状态，标识下次循环会进行扩容
else if (!collide)
collide = true;
//扩容操作 尝试CAS加锁进行扩容
else if (cellsBusy == 0 &&
U.compareAndSwapInt(this, CELLSBUSY, 0, 1)) {
try {
if (counterCells == as) {// Expand table unless stale
CounterCell[] rs = new CounterCell[n << 1];
for (int i = 0; i < n; ++i)
rs[i] = as[i];
counterCells = rs;
}
} finally {
cellsBusy = 0;
}
collide = false;
continue; // Retry with expanded table
}
//修改线程探针的位置，换一个槽进行数量的修改
h = ThreadLocalRandom.advanceProbe(h);
}
//当前未进行初始化或扩容操作，且counterCells未被修改，尝试使用CAS加锁，自己来进行初始化
else if (cellsBusy == 0 && counterCells == as &&
U.compareAndSwapInt(this, CELLSBUSY, 0, 1)) {
boolean init = false;
try { // Initialize table
if (counterCells == as) {
CounterCell[] rs = new CounterCell[2];
rs[h & 1] = new CounterCell(x);
counterCells = rs;
init = true;
}
} finally {
cellsBusy = 0;
}
if (init)
break;
}
//如果上述两个步骤无法进入，使用 CAS(BaseCount) 作为备用/保障选项
//正在进行初始化或者counterCells被修改了或者加锁失败，尝试cas修改baseCount的值
else if (U.compareAndSwapLong(this, BASECOUNT, v = baseCount, v + x))
break; // Fall back on using base
}
}
transfer
扩容方法，在扩容过程中，如果进行读取操作，会先到旧表中进行查询，如果对应的桶已经进行了扩容处理，则前往新表进行查询。如果进行存入操作，对应的桶已经扩容过了，则调用helpTransfer(tab, f)方法，加入到扩容线程中，如果对应的桶还没进行扩容，则在原有的表上进行存入操作。
如果原有表的桶里有数据的话，就要使用synchronized锁住桶的头结点，再将桶里的数据分成新表里的两个桶。
基础知识
ForwardingNode： 转发节点。表示当前桶已经扩容完毕了，查询数据只需要调用该节点的find(k)方法就可以去新表进行查询。
ForwardingNode的hash值为-1
扩容方法执行逻辑：
1.计算每个CPU要处理多少个桶，最小数量为16
2.初始化nextTable，扩容为原来的两倍
3.死循环找出一个桶下标。
4.如果桶里有数据，就将桶里的数据分别放在新表里的两个桶
private final void transfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V>[] nextTab) {
int n = tab.length, stride;
//stride步长，最小为16，就是一个线程负责16个桶的扩容，如果小于16个桶，只会让一个线程进行扩容
if ((stride = (NCPU > 1) ? (n >>> 3) / NCPU : n) < MIN_TRANSFER_STRIDE)
stride = MIN_TRANSFER_STRIDE; // subdivide range
//初始化nextTable
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 = nextTab;
//开始数据转移的桶的下标,比最后一桶的下标大1
transferIndex = n;
}
int nextn = nextTab.length;
//ForwardingNode放在桶头部，表示这个桶扩容完毕，hash值为-1
ForwardingNode<K,V> fwd = new ForwardingNode<K,V>(nextTab);
//是否需要找新的桶扩容
boolean advance = true;
//扩容是否完成
boolean finishing = false; // to ensure sweep before committing nextTab
for (int i = 0, bound = 0;;) {
Node<K,V> f; int fh;
//找一个桶扩容
while (advance) {
int nextIndex, nextBound;
//下一个桶的下标符合条件或者完成扩容了，就不用找桶了
if (--i >= bound || finishing)
advance = false;
//这一轮扩容结束
else if ((nextIndex = transferIndex) <= 0) {
i = -1;
advance = false;
}
//CAS修改transferIndex，修改成功了，就对(bound~nextIndex)的桶进行修改
else if (U.compareAndSwapInt
(this, TRANSFERINDEX, nextIndex,
nextBound = (nextIndex > stride ?
nextIndex - stride : 0))) {
bound = nextBound;
i = nextIndex - 1;
advance = false;
}
}
//i<0 表示扩容结束
//i>=n||i+n>=nextn 表示本次扩容执行时间太久,其他线程已经完成过一次扩容了。
if (i < 0 || i >= n || i + n >= nextn) {
int sc;
//如果扩容结束
if (finishing) {
nextTable = null;
table = nextTab;
//恢复sizeCtl的值，为扩容阈值
sizeCtl = (n << 1) - (n >>> 1);
return;
}
//扩容线程-1
if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc = sizeCtl, sc - 1)) {
//本线程不是扩容的最后一个线程
if ((sc - 2) != resizeStamp(n) << RESIZE_STAMP_SHIFT)
return;
//如果本线程是最后一个线程了，执行一些收尾操作
finishing = advance = true;
i = n; // recheck before commit
}
}
//桶的头结点为空，添加ForwardingNode，表示进行该桶完成扩容
else if ((f = tabAt(tab, i)) == null)
advance = casTabAt(tab, i, null, fwd);
//该桶完成扩容
else if ((fh = f.hash) == MOVED)
advance = true; // already processed
//对该桶进行扩容
else {
//锁住头结点
synchronized (f) {
//双重检查
if (tabAt(tab, i) == f) {
//低桶和高桶
Node<K,V> ln, hn;
if (fh >= 0) {
int runBit = fh & n;
Node<K,V> lastRun = f;
//找最后一段相同runBit的头结点
for (Node<K,V> p = f.next; p != null; p = p.next) {
int b = p.hash & n;
if (b != runBit) {
runBit = b;
lastRun = p;
}
}
//hash&n的值为0 放在低桶
if (runBit == 0) {
ln = lastRun;
hn = null;
}
//hash&n的值为1 放在高桶
else {
hn = lastRun;
ln = null;
}
//拼接将原桶的结点分成高桶和低桶
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);
}
//设置高桶和低桶
setTabAt(nextTab, i, ln);
setTabAt(nextTab, i + n, hn);
//fwd添加到原表上表示完成扩容
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;
}
}
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);
setTabAt(tab, i, fwd);
advance = true;
}
}
}
}
}
}
