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ConcurrentHashMap实现原理

主要特点：

1. 使用Node数组作为桶数组，每个桶可能是一个链表或者红黑树。
2. 通过CAS和synchronized实现线程安全，每个桶的头节点作为锁，减小锁的粒度。
3. 扩容时支持多线程协同工作，分片迁移数据。
4. volatile变量保证内存可见性，get操作无需加锁。
5. 使用计数器（如baseCount和CounterCell）来高效统计元素数量。

核心源码解读

（1）数据结构: 采用数组+链表/红黑树

• 链表长度 ≥8 且数组长度 ≥64 时，链表转为红黑树（TREEIFY_THRESHOLD）
• 红黑树节点数 ≤6 时退化为链表（UNTREEIFY_THRESHOLD)

提前看看几个使用较多的方法：

// 计算 Node hash 哈希值：将原始哈希码 key.hashCode() 的高低位混合，减少哈希冲突
static final int spread(int h) {return (h ^ (h >>> 16)) & HASH_BITS; // 高位参与运算，HASH_BITS 屏蔽负数标记
}// 哈希值定位数组索引，使用 tabAt 方法保证内存可见性
static final <K,V> Node<K,V> tabAt(Node<K,V>[] tab, int i) {// 通过 Unsafe.getObjectVolatile 直接读取内存中的最新值，无需加锁return (Node<K,V>) U.getObjectVolatile(tab, ((long)i << ASHIFT) + ABASE);
}// 通过 CAS（比较并交换）操作原子性地更新哈希表中指定位置的节点。
static final <K,V> boolean casTabAt(Node<K,V>[] tab, int i,Node<K,V> c, Node<K,V> v) {return U.compareAndSwapObject(tab, ((long)i << ASHIFT) + ABASE, c, v);
}

特殊Node hash值，hash 小于0表示扩容节点/红黑树

// (1) 扩容节点（ForwardingNode）：若遇到 ForwardingNode（哈希值 MOVED = -1）
static final int MOVED     = -1; // hash for forwarding nodes
// (2) 红黑树（TreeBin）：若节点为 TreeBin（哈希值 TREEBIN = -2）
static final int TREEBIN   = -2; // hash for roots of trees

sizeCtl 状态管理：（状态控制变量，用于管理哈希表的初始化、扩容状态及扩容触发阈值）

• sizeCtl >= 0：表示扩容阈值（元素总数 >= sizeCtl 时，触发扩容）；
• sizeCtl = -1：表示哈希表正在初始化；
• sizeCtl < -1：表示正在扩容，存储扩容标识（resizeStamp），低16位存储当前参与扩容的线程数

/*** The number of bits used for generation stamp in sizeCtl. 
**/
private static int RESIZE_STAMP_BITS = 16;/*** The bit shift for recording size stamp in sizeCtl.*/
private static final int RESIZE_STAMP_SHIFT = 32 - RESIZE_STAMP_BITS;// 高16位存储标识
static final int resizeStamp(int n) {return Integer.numberOfLeadingZeros(n) | (1 << (RESIZE_STAMP_BITS - 1));
}// 低16位存储协助线程数，扩容时示例：
U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, (rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2)

（2）初始化

延迟初始化：首次调用 put 时通过 initTable() 初始化数组，利用 sizeCtl 变量（volatile）控制状态：负数表示正在初始化或扩容，正数为扩容阈值。

// 默认构造器，do nothing
public ConcurrentHashMap() {
}final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();int hash = spread(key.hashCode());int binCount = 0;for (Node<K,V>[] tab = table;;) {Node<K,V> f; int n, i, fh;if (tab == null || (n = tab.length) == 0)// 初始化数组tab = initTable();...
}private final Node<K,V>[] initTable() {Node<K,V>[] tab; int sc;while ((tab = table) == null || tab.length == 0) {// sizeCtl小于0，等待其他线程完成初始化if ((sc = sizeCtl) < 0)Thread.yield(); else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)) { // CAS 竞争初始化权 try {if ((tab = table) == null || tab.length == 0) {int n = (sc > 0) ? sc : DEFAULT_CAPACITY;// 创建 Node 数组Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n];table = tab = nt;sc = n - (n >>> 2); // 更新阈值}} finally {sizeCtl = sc;}break;}}return tab;
}

（3）并发扩容

通过 transfer() 方法迁移数据，多线程协作处理不同桶区间。扩容期间查询操作通过 ForwardingNode find() 转发到新数组进行查询。

主要扩容场景：

（1）addCount()更新元素总数时，发现元素总数超过扩容阈值sizeCtl；

（2）树化前，单个哈希桶的链表长度 >= 8，但数组长度 < 64, 优先扩容；

（3）插入元素时遇到 ForwardingNode，协助扩容、数据迁移**；**

…

// putVal 会触发扩容 / 协助扩容
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();int hash = spread(key.hashCode());int binCount = 0;for (Node<K,V>[] tab = table;;) {Node<K,V> f; int n, i, fh;if (tab == null || (n = tab.length) == 0)...else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {...}else if ((fh = f.hash) == MOVED)//  MOVED 表示当前正在扩容，当前线程协助迁移数据并扩容//（3）插入元素时遇到 ForwardingNode，协助扩容、数据迁移；tab = helpTransfer(tab, f);else {V oldVal = null;synchronized (f) {... put逻辑 ...}if (binCount != 0) {if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)// （2）树化前，单个哈希桶的链表长度 >= 8，但数组长度 < 64, 优先扩容；treeifyBin(tab, i);...}} }// 增/减数量// （1）addCount()更新元素总数时，发现元素总数超过扩容阈值；addCount(1L, binCount);return null;
}/**(1) addCount()更新元素总数时，发现元素总数超过扩容阈值，开始扩容；@param check : 是否需要检查扩容（通常插入操作check>=0，删除操作可能为-1）
**/
private final void addCount(long x, int check) {CounterCell[] as; long b, s;if ((as = counterCells) != null ||... 计数逻辑 ...}// 检查并触发扩容if (check >= 0) {Node<K,V>[] tab, nt; int n, sc;while (s >= (long)(sc = sizeCtl) && //元素总数超过阈值sizeCtl,在上次扩容时确定 2n*0.75(tab = table) != null &&(n = tab.length) < MAXIMUM_CAPACITY) { // 未达最大容量// 生成扩容标识int rs = resizeStamp(n) << RESIZE_STAMP_SHIFT;// sizeCtl小于0，已有其他线程在扩容if (sc < 0) {// 检查扩容是否已完成或协助线程数已达上限（避免过度竞争）if (sc == rs + MAX_RESIZERS || // 协助线程数是否超限sc == rs + 1 || // 扩容已完成（线程数归零）(nt = nextTable) == null || transferIndex <= 0)break;// 尝试通过 CAS 增加协助线程数（sizeCtl +1）if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1))transfer(tab, nt);}// 当前无扩容，尝试发起新扩容，SIZECTL 低十六位存储扩容线程数，初始设置为2（= 扩容线程数1 + 1），后续扩容完成则是0+1=1，对应上面 sc == rs + 1 判断扩容是否已完成else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, rs + 2))transfer(tab, null);...}}
}/**（2）树化前，单个哈希桶的链表长度 >= 8，但数组长度 < 64, 优先扩容；
**/
private final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int index) {Node<K,V> b; int n, sc;if (tab != null) {// 单个哈希桶的链表长度 >= 8，但数组长度 < 64, 优先扩容；if ((n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)tryPresize(n << 1);else if ((b = tabAt(tab, index)) != null && b.hash >= 0) {... 树化 ...}}
}// 尝试扩容
private final void tryPresize(int size) {// 计算目标容量（确保是2的幂）int c = (size >= (MAXIMUM_CAPACITY >>> 1)) ? MAXIMUM_CAPACITY :tableSizeFor(size + (size >>> 1) + 1);int sc;while ((sc = sizeCtl) >= 0) {Node<K,V>[] tab = table; int n;// 哈希表未初始化时先进行初始化if (tab == null || (n = tab.length) == 0) {...}else if (c <= sc || n >= MAXIMUM_CAPACITY)break; // 目标容量 <= 当前阈值 或 已达最大容量，直接退出else if (tab == table) { // 确认当前 table 未被其他线程替换int rs = resizeStamp(n); // 生成扩容唯一标识（与容量相关）if (sc < 0) { // sizeCtl小于0 已有其他线程在扩容Node<K,V>[] nt; // 新表// 校验扩容是否可参与：// 1. 扩容标识是否匹配，防止不同容量扩容冲突// 2. 协助线程数是否超限（sc == rs + 1）// 3. nextTable 是否还在// 4. 是否还有待迁移的桶（transferIndex > 0）if ((sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs || // 扩容标识是否匹配，防止不同容量扩容冲突sc == rs + 1 || // 扩容已完成（线程数归零）sc == rs + MAX_RESIZERS ||  // 协助线程数是否超限(nt = nextTable) == null || // nextTable 是否还在transferIndex <= 0) // 是否还有待迁移的桶（transferIndex > 0）break;// CAS操作 增加协助线程数，成功后参与迁移if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1))transfer(tab, nt);}// 当前无扩容，尝试发起新扩容，SIZECTL 低十六位存储扩容线程数，初始设置为2（= 扩容线程数1 + 1），后续扩容完成则是0+1=1，对应上面 sc == rs + 1 判断扩容是否已完成else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc,(rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2))// 启动迁移，nextTable 由 transfer 初始化transfer(tab, null); }}
}/** 插入元素时遇到 ForwardingNode，协助扩容、数据迁移；
**/
final Node<K,V>[] helpTransfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V> f) {Node<K,V>[] nextTab; int sc;// 检查到：当前表非空，且当前节点为 ForwardingNode（当前为迁移标记节点），且 ForwardingNode 中提取新表 nextTable 不为空，开始协助扩容迁移if (tab != null && (f instanceof ForwardingNode) &&(nextTab = ((ForwardingNode<K,V>)f).nextTable) != null) {// 传入tab长度，生成唯一标识当前扩容阶段的戳记，避免不同扩容操作混淆（用于区分不同扩容阶段）int rs = resizeStamp(tab.length) << RESIZE_STAMP_SHIFT;// 新/旧数组未被替换，扩容中（sizeCtl 为负数）while (nextTab == nextTable && table == tab &&(sc = sizeCtl) < 0) {// 检查扩容是否已完成或协助线程数已达上限（避免过度竞争）if (sc == rs + MAX_RESIZERS || sc == rs + 1 ||transferIndex <= 0)break;// 尝试通过 CAS 增加协助线程数（sizeCtl +1）if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1)) {transfer(tab, nextTab); // 调用数据迁移方法break;}}return nextTab;}// 若不符合上述if判断，表示没有扩容或者扩容已完成，返回当前 table 即可return table;
}

核心扩容方法，

// 核心扩容逻辑：扩容、迁移数据
private final void transfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V>[] nextTab) {int n = tab.length, stride;// static final int NCPU = Runtime.getRuntime().availableProcessors();// 计算每个线程处理的桶区间大小 stride（最小为 MIN_TRANSFER_STRIDE=16）if ((stride = (NCPU > 1) ? (n >>> 3) / NCPU : n) < MIN_TRANSFER_STRIDE)stride = MIN_TRANSFER_STRIDE; // subdivide range// 初始化新数组（仅由第一个发起扩容的线程执行）    if (nextTab == null) {            // initiatingtry {@SuppressWarnings("unchecked")// 扩容为原来两倍Node<K,V>[] nt = (Node<K,V>[])new Node<?,?>[n << 1];nextTab = nt;} catch (Throwable ex) {      // try to cope with OOMEsizeCtl = Integer.MAX_VALUE;return;}nextTable = nextTab;// 迁移起始位置（从最后一个桶开始）transferIndex = n;}// 新数组大小int nextn = nextTab.length;// 创建 ForwardingNode 扩容ForwardingNode<K,V> fwd = new ForwardingNode<K,V>(nextTab);boolean advance = true; // 标记是否继续分配任务boolean finishing = false; // 标记是否迁移完成// 开始分配任务并迁移数据for (int i = 0, bound = 0;;) {Node<K,V> f; int fh;// ------------------------ 不同线程竞争桶区间分配任务 ------------------------while (advance) {int nextIndex, nextBound;// 当前区间未处理完 或 迁移已完成, 退出循环if (--i >= bound || finishing)advance = false;// transferIndex <= 0 无剩余任务，后续退出迁移else if ((nextIndex = transferIndex) <= 0) { // nextIndex 从最后一个桶开始（上述赋值：transferIndex = n）// 标记i=-1i = -1;advance = false;}// CAS竞争任务区间（transferIndex从nextIndex更新为nextBound）else if (U.compareAndSwapInt(this, TRANSFERINDEX, nextIndex,// 每个线程处理的桶区间大小 stride，往前推进nextBound = (nextIndex > stride ?nextIndex - stride : 0))) {// 竞争区间 [bound, i] 处理这个区间的扩容迁移任务bound = nextBound;i = nextIndex - 1;advance = false;}}// ------------------------ 迁移完成检查 ------------------------if (i < 0 || i >= n || i + n >= nextn) {int sc;// 最终完成, 更新全局变量if (finishing) { nextTable = null; // 设置 nextTable 为空table = nextTab; // 替换为新数组sizeCtl = (n << 1) - (n >>> 1); // 新阈值（2n * 0.75）return;}// CAS减少协助线程数if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc = sizeCtl, sc - 1)) {// 若自己是最后一个线程，触发最终检查if ((sc - 2) != resizeStamp(n) << RESIZE_STAMP_SHIFT)return;// 设置 finishing为truefinishing = advance = true;i = n; // recheck before commit}}// 对于空桶，标记为已迁移else if ((f = tabAt(tab, i)) == null)advance = casTabAt(tab, i, null, fwd);// 跳过已迁移节点else if ((fh = f.hash) == MOVED)advance = true; // already processedelse {// ------------------------ 迁移 ------------------------synchronized (f) {// 锁定当前节点，避免并发修改if (tabAt(tab, i) == f) {// 二次校验防止并发修改Node<K,V> ln, hn;// fh >= 0 处理链表节点if (fh >= 0) { // 通过 runBit 和 lastRun 快速分割链表，避免逐个节点重新散列。// 这里为什么是 fh & n? 详见下述解释int runBit = fh & n; //计算散列位（0或n）,判断低位ln还是扩容后的高位hnNode<K,V> lastRun = f;// 遍历链表，找到最后一段连续相同散列位的节点，主要目的是直接复用 lastRun 之后的节点，减少新建节点开销for (Node<K,V> p = f.next; p != null; p = p.next) {int b = p.hash & n;if (b != runBit) {runBit = b;lastRun = p;}}// lastRun 是低位元素if (runBit == 0) {ln = lastRun;hn = null;}// lastRun 是高位元素else {hn = lastRun;ln = null;}// 迁移 lastRun 之前的节点，到 扩容后的高位/原低位for (Node<K,V> p = f; p != lastRun; p = p.next) {int ph = p.hash; K pk = p.key; V pv = p.val;// 低位迁移if ((ph & n) == 0)ln = new Node<K,V>(ph, pk, pv, ln);elsehn = new Node<K,V>(ph, pk, pv, hn);}setTabAt(nextTab, i, ln); // 原位isetTabAt(nextTab, i + n, hn); // 偏移i+nsetTabAt(tab, i, fwd); // 标记旧桶为已迁移advance = true;}// 处理树节点（逻辑类似，需考虑树化或链表化）else if (f instanceof TreeBin) {...}}}}}
}

• runBit 为什么是通过 int runBit = fh & n 来作为切割依据?

容量是2的幂时，计算key的桶位置是用位操作，即通过 hash & (n-1) 确定的，

假设原容量是n=16，二进制是10000，n-1=1111。此时hash & 1111得到的是0到15的位置。

扩容后的容量是32，二进制是100000，n-1=11111。新的位置是hash & 11111，也就是0到31。

原来的位置是 hash & 1111，而新的位置可能是原来的位置或者原来的位置+16（例如，如果hash的第5位是1的话，如10010，则这个必然在高位）。所以新的位置其实是原位置或者原位置加n。这时候，只需要判断hash的某一位是否为1，就能确定节点应该放在原位还是高位。具体来说，这个位就是n对应的二进制位。

比如，n=16时，二进制是10000，所以检查hash的第5位是否为1，如果是，则新位置是原位置+16，否则保持原位。

ForwardingNode 内部类表示迁移节点，可通过 nextTable访问新数组，

static final class ForwardingNode<K,V> extends Node<K,V> {final Node<K,V>[] nextTable; // 指向新表的引用// 需要指定扩容后的新数组 nextTableForwardingNode(Node<K,V>[] tab) {super(MOVED, null, null, null);this.nextTable = tab;}// 迁移节点查找，访问新数组 nextTableNode<K,V> find(int h, Object k) {// loop to avoid arbitrarily deep recursion on forwarding nodesouter: for (Node<K,V>[] tab = nextTable;;) {Node<K,V> e; int n;if (k == null || tab == null || (n = tab.length) == 0 ||(e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) == null)return null;for (;;) {int eh; K ek;if ((eh = e.hash) == h &&((ek = e.key) == k || (ek != null && k.equals(ek))))return e;if (eh < 0) {if (e instanceof ForwardingNode) {tab = ((ForwardingNode<K,V>)e).nextTable;continue outer;}elsereturn e.find(h, k);}if ((e = e.next) == null)return null;}}}
}

（4）put 操作流程

主要流程：

（1）通过 spread 通过原始hash code 计算哈希 hash，让高位16位也参与计算确保哈希均匀分布；

（2）根据Hash查找对应的桶位置 (n - 1) & hash, 若没有冲突直接插入新节点new Node<K,V>(hash, key, value, null);

（3-1）若当前桶位置发生Hash冲突，且fh >= 0表示为链表，遍历链表插入/更新；

（3-2）若当前桶位置发生Hash冲突，且Node为红黑树，调用红黑树插入方法；

（4）判断链表长度是否大于 TREEIFY_THRESHOLD = 8，执行扩容或者链表树化；

（5）统计元素总数并且检查是否超过阈值需要扩容；

final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();// (1) 计算哈希, 确保哈希均匀分布int hash = spread(key.hashCode());int binCount = 0;for (Node<K,V>[] tab = table;;) {Node<K,V> f; int n, i, fh;if (tab == null || (n = tab.length) == 0)...// (2) 定位桶位：(n - 1) & hash 确定数组索引else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {// CAS 插入：若桶为空，通过 casTabAt 原子插入新节点if (casTabAt(tab, i, null,new Node<K,V>(hash, key, value, null)))break;}else if ((fh = f.hash) == MOVED)...else {V oldVal = null;// (3) 同步锁处理冲突：// 若桶非空，使用 synchronized 锁定头节点，遍历链表/红黑树插入或更新值synchronized (f) {if (tabAt(tab, i) == f) {if (fh >= 0) { // (3-1) 链表处理binCount = 1;// 遍历链表插入/更新for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {K ek;// 查找到了key，直接设置返回if (e.hash == hash &&((ek = e.key) == key ||(ek != null && key.equals(ek)))) {oldVal = e.val;if (!onlyIfAbsent)e.val = value;break;}// 哈希冲突 - 继续遍历链表查找Node<K,V> pred = e;if ((e = e.next) == null) {pred.next = new Node<K,V>(hash, key,value, null);break;}}}else if (f instanceof TreeBin) { // (3-2) 调用红黑树插入方法Node<K,V> p;binCount = 2;if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,value)) != null) {oldVal = p.val;if (!onlyIfAbsent)p.val = value;}}}}if (binCount != 0) {if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)// 树化treeifyBin(tab, i);if (oldVal != null)// put 返回旧值return oldVal;break;}}}// 增/减总数统计addCount(1L, binCount);return null;
}private final void addCount(long x, int check) {CounterCell[] as; long b, s;if ((as = counterCells) != null ||// 尝试无竞争更新 baseCount!U.compareAndSwapLong(this, BASECOUNT, b = baseCount, s = b + x)) {// 若 counterCells 已初始化或 CAS更新 baseCount 失败, 都说明已存在竞争CounterCell a; long v; int m;boolean uncontended = true;if (as == null || (m = as.length - 1) < 0 || // CounterCell数组未初始化(a = as[ThreadLocalRandom.getProbe() & m]) == null ||  // 当前线程的Cell未分配（ThreadLocalRandom.getProbe()：获取当前线程的哈希码，用于在 CounterCell 数组中选择一个槽位，减少不同线程竞争同一Cell的概率）!(uncontended =U.compareAndSwapLong(a, CELLVALUE, v = a.value, v + x))) {// CAS更新Cell值失败// 初始化Cell、扩容Cell数组等fullAddCount(x, uncontended);return;}if (check <= 1)return;s = sumCount();}if (check >= 0) {... 检查并扩容逻辑 ...s = sumCount();...}
}

baseCount 是基础的计数器变量，但在高并发下频繁 CAS 更新会导致性能问题（可能导致U.compareAndSwapLong(this, BASECOUNT, b = baseCount, s = b + x) 频繁失败），因此引入 CounterCell 数组分散线程竞争。

例如，在jdk8的时候是有引入一个类Striped64，其中LongAdder和DoubleAdder就是对这个类的实现。这两个方法都是为解决高并发场景而生的。（是AtomicLong的加强版，AtomicLong在高并发场景性能会比LongAdder差。但是LongAdder的空间复杂度会高点）

ConcurrentHashMap 高并发下更新元素计数 的核心方法 fullAddCount 借鉴了 LongAdder 的分段计数思想，避免所有线程竞争同一变量，分散到不同 CounterCell 槽位，减少 CAS 冲突。主要流程：

（1）未初始化counterCells数组，cas加锁初始化数组并插入新的 CounterCell（x） ；

（2-1）已初始化，若线程probe对应槽位上为空，cas加锁插入新的 CounterCell（x）**；

（2-2）已初始化，若线程probe对应槽位上不为空，cas加锁更新 CounterCell（x） 计数；

（3）若（2-2）更新失败表示存在冲突 collide=true，翻倍扩容数组，最大容量为 NCPU（与CPU核心数对齐）；

（4）兜底策略 - 当 CounterCell 初始化或扩容失败时，回退到无锁更新 baseCount；

// 设计借鉴了 LongAdder 的分段计数思想，通过分散竞争来优化性能
private final void fullAddCount(long x, boolean wasUncontended) {int h; // 当前线程的 probe（哈希值），用于定位 CounterCell 数组的槽位，减少竞争// probe未初始化，强制初始化if ((h = ThreadLocalRandom.getProbe()) == 0) {ThreadLocalRandom.localInit();      // force initializationh = ThreadLocalRandom.getProbe();wasUncontended = true;}boolean collide = false; // 标记槽位是否冲突（是否需要扩容）for (;;) {CounterCell[] as; CounterCell a; int n; long v;// counterCells数组已初始化if ((as = counterCells) != null && (n = as.length) > 0) {// (1) CounterCell数组对应位置槽位为空，尝试创建新Cell(初始值为x)并插入数组if ((a = as[(n - 1) & h]) == null) { // 当前槽位为空if (cellsBusy == 0) {  // cellsBusy == 0 无其他线程在修改数组// 创建CounterCellCounterCell r = new CounterCell(x); if (cellsBusy == 0 &&U.compareAndSwapInt(this, CELLSBUSY, 0, 1)) { // CAS加锁 CELLSBUSYboolean created = false;try {               // Recheck under lockCounterCell[] rs; int m, j;if ((rs = counterCells) != null &&(m = rs.length) > 0 &&rs[j = (m - 1) & h] == null) {rs[j] = r; // 插入新CounterCell created = true;}} finally {cellsBusy = 0; // 释放锁 CELLSBUSY}if (created)break;continue;           // Slot is now non-empty}}collide = false;}else if (!wasUncontended)       // CAS already known to failwasUncontended = true;      // Continue after rehashelse if (U.compareAndSwapLong(a, CELLVALUE, v = a.value, v + x)) // CAS更新Cell值+xbreak;else if (counterCells != as || n >= NCPU) // 数组已扩容或达到数量上限collide = false; // 无需继续扩容           else if (!collide)collide = true; // 上面cas更新 CELLVALUE 失败，标记冲突，下次循环可能触发扩容else if (cellsBusy == 0 &&U.compareAndSwapInt(this, CELLSBUSY, 0, 1)) { // CAS加锁扩容try {if (counterCells == as) {// 数组未被其他线程修改CounterCell[] rs = new CounterCell[n << 1];// 容量翻倍for (int i = 0; i < n; ++i) // 逐个复制旧元素rs[i] = as[i];counterCells = rs;// 更新新的CounterCell数组}} finally {cellsBusy = 0;// 释放锁 CELLSBUSY}collide = false;// 重置冲突标志continue;                   // Retry with expanded table}h = ThreadLocalRandom.advanceProbe(h); // 更新线程哈希值 probe，减少后续冲突}// counterCells数组未初始化，初始化CounterCell并插入else if (cellsBusy == 0 && counterCells == as &&U.compareAndSwapInt(this, CELLSBUSY, 0, 1)) {// cas加锁boolean init = false;try {                           // Initialize tableif (counterCells == as) {CounterCell[] rs = new CounterCell[2];// 初始容量为2rs[h & 1] = new CounterCell(x);counterCells = rs;init = true;}} finally {cellsBusy = 0;}if (init)break;}// 兜底策略：当 CounterCell 初始化或扩容失败时，回退到无锁更新 baseCountelse if (U.compareAndSwapLong(this, BASECOUNT, v = baseCount, v + x))break;                          // Fall back on using base}
}

（5）计数 size

将全局计数（baseCount）和分片计数（CounterCell 数组）结合。

/**返回 int 类型，最大值为 Integer.MAX_VALUE
**/
public int size() {long n = sumCount();return ((n < 0L) ? 0 :(n > (long)Integer.MAX_VALUE) ? Integer.MAX_VALUE :(int)n);
}/**ConcurrentHashMap-only methods支持返回 long 类型，推荐优先使用
**/
public long mappingCount() {long n = sumCount();return (n < 0L) ? 0L : n; // ignore transient negative values
}/*** 遍历 CounterCell 数组，累加所有单元格的值到 baseCount，得到当前总元素数 s
**/
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;
}

（6）get 操作

• 无锁读取：依赖 volatile 修饰的 Node.val 和 Node.next 保证可见性
• 扩容兼容性：若遇到 ForwardingNode，通过其 find() 方法在新数组中查找数据

public V get(Object key) {Node<K,V>[] tab; Node<K,V> e, p; int n, eh; K ek;int h = spread(key.hashCode());if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&(e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null) {if ((eh = e.hash) == h) {// 头节点匹配直接返回if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))// 无锁读取return e.val;}// 处理特殊节点（如红黑树或 ForwardingNode）else if (eh < 0)// 调用红黑树或扩容节点的查找逻辑return (p = e.find(h, key)) != null ? p.val : null;// 头节点不匹配，链表读取while ((e = e.next) != null) {if (e.hash == h &&((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))))// 命中链表中的某个节点return e.val;}}return null;
}

（7）remove 操作

主要流程：

（1）通过 spread 通过原始hash code 计算哈希 hash，让高位16位也参与计算确保哈希均匀分布；

（2）根据Hash查找对应的桶位置 (n - 1) & hash, 若没有返回 null；

（3）若当前桶位置正在扩容，协助迁移数据helpTransfer后重试；

（4）加锁处理链表/树，匹配键值，删除节点；

（5）更新元素总数-1；

public V remove(Object key) {return replaceNode(key, null, null);
}/*** Implementation for the four public remove/replace methods:* Replaces node value with v, conditional upon match of cv if* non-null.  If resulting value is null, delete.* cv: 非 null 时，只有旧值匹配 cv 时才操作*/
final V replaceNode(Object key, V value, Object cv) {int hash = spread(key.hashCode());for (Node<K,V>[] tab = table;;) {Node<K,V> f; int n, i, fh;// 若表未初始化或桶为空，直接退出if (tab == null || (n = tab.length) == 0 ||(f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null)break;// 若桶正在扩容（MOVED状态），协助扩容后重试else if ((fh = f.hash) == MOVED)tab = helpTransfer(tab, f);else {V oldVal = null;boolean validated = false;// 加锁处理链表或树synchronized (f) {if (tabAt(tab, i) == f) {// 链表处理if (fh >= 0) {validated = true;for (Node<K,V> e = f, pred = null;;) {K ek;// 匹配键值if (e.hash == hash &&((ek = e.key) == key ||(ek != null && key.equals(ek)))) {V ev = e.val;// cv若非空判断cv是否匹配if (cv == null || cv == ev ||(ev != null && cv.equals(ev))) {oldVal = ev;if (value != null)e.val = value;// 替换值else if (pred != null)pred.next = e.next;// 删除中间节点elsesetTabAt(tab, i, e.next);// 删除头节点}break;}pred = e;if ((e = e.next) == null)break;}}// 树处理逻辑else if (f instanceof TreeBin) {validated = true;TreeBin<K,V> t = (TreeBin<K,V>)f;TreeNode<K,V> r, p;if ((r = t.root) != null &&(p = r.findTreeNode(hash, key, null)) != null) {V pv = p.val;if (cv == null || cv == pv ||(pv != null && cv.equals(pv))) {oldVal = pv;if (value != null)p.val = value;else if (t.removeTreeNode(p))setTabAt(tab, i, untreeify(t.first));}}}}}// 操作处理完成后，if (validated) {if (oldVal != null) {if (value == null)addCount(-1L, -1); // 若是删除，更新元素计数-1return oldVal;}break;}}}return null;
}

（8）遍历操作

以遍历键值对 entrySet 举例，keySet() 与 values() 同理，

public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() {EntrySetView<K,V> es;return (es = entrySet) != null ? es : (entrySet = new EntrySetView<K,V>(this));
}

EntrySetView 的迭代器（EntryIterator）是弱一致性的，允许遍历过程中其他线程并发修改数据，不会抛出 ConcurrentModificationException。

弱一致性体现：Traverser 在初始化或恢复状态时，保存的是遍历开始时的哈希表引用（tab）。即使其他线程触发了扩容（生成新表更新了table），迭代器仍可能继续遍历旧表的部分数据，直到遇到 ForwardingNode 才会切换到新表。这意味着遍历结果可能是新旧表的混合视图。

static final class EntrySetView<K,V> extends CollectionView<K,V,Map.Entry<K,V>>implements Set<Map.Entry<K,V>>, java.io.Serializable {private static final long serialVersionUID = 2249069246763182397L;// 初始化会保存ConcurrentHashMap的引用EntrySetView(ConcurrentHashMap<K,V> map) { super(map); }.../*** @return an iterator over the entries of the backing map*/public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() {ConcurrentHashMap<K,V> m = map;Node<K,V>[] t;int f = (t = m.table) == null ? 0 : t.length;return new EntryIterator<K,V>(t, f, 0, f, m);}...
}

迭代器实现：

// entry迭代器，继承自 EntryIterator -> BaseIterator -> Traverser
static final class EntryIterator<K,V> extends BaseIterator<K,V>implements Iterator<Map.Entry<K,V>> {EntryIterator(Node<K,V>[] tab, int index, int size, int limit,ConcurrentHashMap<K,V> map) {super(tab, index, size, limit, map);}/**next 实现**/public final Map.Entry<K,V> next() {Node<K,V> p;if ((p = next) == null)throw new NoSuchElementException();K k = p.key;V v = p.val;lastReturned = p;advance();return new MapEntry<K,V>(k, v, map);}
}// 进入父类 Traverser, Traverser 是用于 并发安全遍历哈希表 的核心内部类，实现了推进数组遍历的方法 advance
static class Traverser<K,V> {Node<K,V>[] tab;        // 当前遍历的哈希表（可能在遍历过程中切换到扩容后的新表）Node<K,V> next;         // 当前遍历到的节点，用于链式推进。TableStack<K,V> stack, spare; // stack 保存遍历状态的栈（用于处理 ForwardingNode 跳转到新表的情况）int index;              // 当前遍历的桶索引（动态调整，可能跨新旧表）int baseIndex;          // 初始表的起始索引int baseLimit;          // 初始表的结束索引final int baseSize;     // 初始表的容量Traverser(Node<K,V>[] tab, int size, int index, int limit) {this.tab = tab;this.baseSize = size;this.baseIndex = this.index = index;this.baseLimit = limit;this.next = null;}/*** 推进遍历（1）若当前节点是链表或树节点，直接移动到下一个节点。（2）若遇到 ForwardingNode，切换到新表并保存旧表状态到栈。（3）恢复状态：当新表遍历到边界时，弹出栈顶状态，恢复旧表的遍历。（4）跨段遍历：通过 index += baseSize 实现逻辑分片遍历，避免遗漏旧表数据。*/final Node<K,V> advance() {Node<K,V> e;if ((e = next) != null)e = e.next; // 移动到链表/树的下一个节点for (;;) {Node<K,V>[] t; int i, n;  // must use locals in checksif (e != null)return next = e; // 更新next为当前节点，并返回// 遍历完成或表为空,返回nulif (baseIndex >= baseLimit || (t = tab) == null ||(n = t.length) <= (i = index) || i < 0)return next = null;// hash小于0，处理特殊节点（ForwardingNode / TreeBin）if ((e = tabAt(t, i)) != null && e.hash < 0) {if (e instanceof ForwardingNode) {tab = ((ForwardingNode<K,V>)e).nextTable;// tab 切换到新表e = null;pushState(t, i, n); // 保存当前表的状态到栈continue;// 重新循环处理新表}else if (e instanceof TreeBin)e = ((TreeBin<K,V>)e).first;// 获取树的第一个节点elsee = null;}if (stack != null)recoverState(n); // 弹出栈顶状态，恢复旧表遍历else if ((index = i + baseSize) >= n)index = ++baseIndex; // visit upper slots if present}}/*** 遇到 ForwardingNode 时，将当前表的遍历状态（表引用、索引、容量）压入栈，以便后续恢复*/private void pushState(Node<K,V>[] t, int i, int n) {TableStack<K,V> s = spare;  // reuse if possibleif (s != null)spare = s.next;elses = new TableStack<K,V>();s.tab = t;// 旧数组s.length = n;// 旧数组长度s.index = i;// 当前遍历的索引s.next = stack;stack = s;// 更新栈顶}/*** 当新表遍历完成后，从栈中弹出旧表状态，恢复索引和表引用，继续遍历旧表的剩余部分** @param n length of current table*/private void recoverState(int n) {TableStack<K,V> s; int len;while ((s = stack) != null && (index += (len = s.length)) >= n) {n = len;index = s.index;tab = s.tab;s.tab = null;TableStack<K,V> next = s.next;s.next = spare; // save for reusestack = next;spare = s;}if (s == null && (index += baseSize) >= n)index = ++baseIndex;}
}

基于源码总结一些使用注意事项

（1）ConcurrentHashMap 明确禁止 null 键和值，使用时会直接抛出 NullPointerException；

（2）size()：返回 int，可能溢出（当键值对超过 Integer.MAX_VALUE 时），推荐优先使用mappingCount()。注意计数均为近似值，高并发情况下不保证绝对精确；

（3）根据场景调整好初始容量和负载因子，避免频繁扩容（触发 transfer 方法重组数据、扩容期间会产生更多CPU时间片占用以及内存占用）；

（4）ConcurrentHashMap 是弱一致性的迭代器**，** 迭代器不保证实时反映所有并发修改，并发修改也不会抛出异常，因此最终迭代的结果可能包含了新旧数据两部分。