补充ConcurrentHashMap size()方法的分段计数机制详解

Author: REALROOK1E

docs/java/collection/concurrent-hash-map-source-code.md

@@ -597,6 +597,53 @@ public V get(Object key) {
 3. 如果头节点 hash 值小于 0 ，说明正在扩容或者是红黑树，查找之。
 4. 如果是链表，遍历查找之。
 
+### 5. size 计数
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+`ConcurrentHashMap` 的 `size()` 方法用来获取当前 Map 中元素的总数，但在高并发场景下，如何准确且高效地统计元素数量是一个技术难点。Java8 采用了一套精巧的分段计数机制来解决这个问题。
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+#### 5.1 为什么需要分段计数
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+在并发环境下，如果多个线程同时执行 `put` 操作，它们都需要更新元素总数。如果使用一个共享的计数器变量，就会导致激烈的竞争——所有线程都在争抢同一个变量的修改权，这会严重影响性能。
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+为了解决这个问题，`ConcurrentHashMap` 采用了**分散热点**的设计思想：不使用单一计数器，而是将计数分散到多个变量中。就像银行不会只开一个窗口办业务，而是开多个窗口分流客户一样，这样可以大大减少冲突。
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+#### 5.2 baseCount 和 counterCells 的设计
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+`ConcurrentHashMap` 内部维护了两个关键的计数相关字段：
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+- **baseCount**：基础计数器，在没有竞争的情况下，直接通过 CAS 更新这个变量。可以把它理解为"主计数器"。
+- **counterCells**：计数器数组，当多个线程竞争 `baseCount` 失败时，会尝试将计数增量分散到 `counterCells` 数组的不同位置。每个线程根据其线程 ID 映射到数组的某个位置，在自己的"专属格子"里进行计数累加，从而避免竞争。
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+**举个例子**：假设有 10 个线程同时往 Map 中添加元素。第一个线程成功通过 CAS 更新了 `baseCount`，但后面 9 个线程在更新 `baseCount` 时发现有竞争，就会转而去 `counterCells` 数组中找一个位置进行累加。这 9 个线程可能分散到数组的不同位置，比如线程 2 在 `counterCells[1]` 累加，线程 3 在 `counterCells[2]` 累加，以此类推。这样就把竞争从一个点分散到了多个点，大大降低了冲突概率。
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+#### 5.3 put 元素时如何更新计数
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+在 `putVal` 方法的最后，我们可以看到调用了 `addCount(1L, binCount)` 方法，这个方法就是用来更新元素计数的。
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+`addCount` 的执行逻辑如下：
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+1. **优先尝试更新 baseCount**：首先尝试通过 CAS 操作直接更新 `baseCount`，如果成功就结束。这是最理想的情况，没有竞争，性能最高。
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+2. **竞争时使用 counterCells**：如果 CAS 更新 `baseCount` 失败（说明有其他线程在竞争），则会尝试在 `counterCells` 数组中找到一个属于当前线程的位置，然后对该位置的计数值进行 CAS 累加。
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+3. **动态扩容 counterCells**：如果 `counterCells` 数组还未初始化，或者数组中的某个位置依然存在激烈竞争，`addCount` 方法会动态地扩容 `counterCells` 数组，增加更多的计数槽位，进一步分散竞争。
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+这种设计保证了在低并发时使用简单的 `baseCount`，在高并发时自动切换到分段计数，兼顾了性能和准确性。
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+#### 5.4 sumCount 如何计算元素总数
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+当我们调用 `size()` 方法时，最终会调用 `sumCount()` 方法来计算元素总数。`sumCount()` 的逻辑非常简单直接：
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+1. 先读取 `baseCount` 的值作为基础值
+2. 遍历整个 `counterCells` 数组，将每个位置的计数值累加到基础值上
+3. 返回最终的累加结果
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+需要注意的是，`sumCount()` 并不会加锁，所以返回的结果是一个**近似值**。在调用 `size()` 的瞬间，可能有其他线程正在修改计数，因此得到的不一定是完全精确的实时值。但这在实际应用中通常是可以接受的，因为在高并发场景下，"此时此刻的准确元素个数"本身就是一个动态变化的概念。
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+**举个例子**：假设当前 `baseCount = 100`，`counterCells` 数组有 4 个元素，分别是 `[5, 8, 3, 6]`，那么 `sumCount()` 返回的结果就是 `100 + 5 + 8 + 3 + 6 = 122`。这个计算过程中不需要加锁，速度很快，即使在计算过程中有新元素插入，影响也很小。
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+通过这种"无锁读取 + 分段累加"的方式，`size()` 方法在保证性能的同时，也能给出一个合理的元素总数估计值。
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 总结：
 
 总的来说 `ConcurrentHashMap` 在 Java8 中相对于 Java7 来说变化还是挺大的，