探究ConcurrentHashMap中键值对在Segment[]的下标如何确定

内容

 　　本文对JDK1.7下使用segmentShift和segmentMask求解ConcurrentHashMap键值对在Segment[]中的下标值进行了探究和论证。

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说明

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 正文

 　　下面先查看ConcurrentHashMap源码中的put操作，找到segment[]的下标j的计算公式。

 1 @SuppressWarnings("unchecked")
 2 public V put(K key, V value) {
 3     Segment<K,V> s;
 4     if (value == null)
 5         throw new NullPointerException();
 6     int hash = hash(key);
 7     //key对应的segment[]的下标j的计算公式
 8     int j = (hash >>> segmentShift) & segmentMask;
 9     if ((s = (Segment<K,V>)UNSAFE.getObject          // nonvolatile; recheck
10          (segments, (j << SSHIFT) + SBASE)) == null) //  in ensureSegment
11         s = ensureSegment(j);
12     return s.put(key, hash, value, false);
13 }

　　由上面的ConcurrentHashMap源码可知，一个键值对在Segment数组中下标j的计算公式为：

j = (hash >>> segmentShift) & segmentMask

　　公式虽然不长，但是它包含了2个“晦涩难懂”的参数：segmentShift和segmentMask ，让人费解。下面笔者用一种通俗简单的方式来解释该公式的含义。

　　首先，阅读ConcurrentHashMap的构造方法，重点查看注释区域，其中包含了segmentShift和segmentMask的定义：

segmentShift = 32 - sshift;segmentMask = ssize - 1;

　　以及segment数组长度ssize与sshift的关系：

2^sshif=ssize

　　ConcurrentHashMap的构造方法

 1 public ConcurrentHashMap(int initialCapacity,
 2                                float loadFactor, int concurrencyLevel) {
 3           if (!(loadFactor > 0) || initialCapacity < 0 || concurrencyLevel <= 0)
 4               throw new IllegalArgumentException();
 5           if (concurrencyLevel > MAX_SEGMENTS)
 6               concurrencyLevel = MAX_SEGMENTS;
 7          int sshift = 0;
 8          int ssize = 1;
 9      //2^sshif=ssize，例:sshift=4,ssize=16;
10    //根据concurrentLevel计算得出ssize为segments数组长度
11          while (ssize < concurrencyLevel) {
12              ++sshift;
13              ssize <<= 1;
14          }
15          //segmentShift和segmentMask的定义
16          this.segmentShift = 32 - sshift;
17          this.segmentMask = ssize - 1;
18          if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
19              initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
20          //计算cap的大小，即Segment中HashEntry的数组长度，cap也一定为2的n次方.
21          int c = initialCapacity / ssize;
22          if (c * ssize < initialCapacity)
23              ++c;
24          int cap = MIN_SEGMENT_TABLE_CAPACITY;
25          while (cap < c)
26              cap <<= 1;
27          //创建segments数组并初始化第一个Segment，其余的Segment延迟初始化
28          Segment<K,V> s0 =
29              new Segment<K,V>(loadFactor, (int)(cap * loadFactor),
30                              (HashEntry<K,V>[])new HashEntry[cap]);
31          Segment<K,V>[] ss = (Segment<K,V>[])new Segment[ssize];
32          UNSAFE.putOrderedObject(ss, SBASE, s0);
33          this.segments = ss;
34      }

 　　由此可知，求key散列到长度为ssize的Segment数组的下标j，必定有下标j的值域为[0，ssize-1]。由于ssize=2^sshif，那么小标j可以用1个sshift位的二进制数字表示。假如：ssize为16，那么sshift=4，j的值域为[0,15]，而[0000b,1111b]就是j的值域；则求key在Segment[]的下标j，就是求key对应的一个散列的4位二进制数值。而ConcurrentHashMap的源码求下标j的方式非常简单，就是取key的hash值的高4位。因此，求key散列到长度为ssize的Segment数组的下标j，就是求key的hash值的高sshift位。

　　故有，j=(key.hash>>>(32-sshift))&(ssize-1)。而由源码可知，segmentShift = 32 - sshift，segmentMask = ssize - 1。即：

j=(key.hash>>>(32-sshift))&(ssize-1)=(key.hash>>>segmentShift )&segmentMask。（其中>>>表示无符号右移，空位补0）

　　以ssize为16为例，演示计算过程：