Java并发ConcurrentSkipListMap源码学习与总结

今天通过前面两篇的学习，已经对跳表有了基础的认识，那么接下来就来学以他为基础的并发集合ConcurrentSkipListMap。

ConcurrentSkipListMap基础介绍

很明显它底层是以跳表为基础结构的map集合，并且同时支持并发操作，大家应该都知道支持并发最出名的map应该是ConcurrentHashMap，那么它相比于ConcurrentHashMap有什么优点呢？通过前面学习我们知道跳表是一个有序的链表，而ConcurrentSkipListMap底层是跳表结构，所以很明显他比ConcurrentHashMap最大的优势应该就是有序。

底层数据结构介绍

那么ConcurrentSkipListMap是如何以跳表的数据结构实现map的呢，要想了解这些就必须先弄清楚他底层的数据结构以及组成的方式，底层数据结构的关键类以及组成结构介绍如下图：

整体结构如上图，主要包含Index、HeadIndex、Node三个内部类，简单介绍下他们：

Index：有三个属性node、 down、right，node指向的是具体保存的数据节点，down和right分别指向右和下，ConcurrentSkipListMap中有这个类来组成跳表的网结构；

HeadIndex：继承至Index，多了一个属性level，它处在跳表网结构最前面一个，表示是每层链表的头结点，多一个level属性在后面跳表操作中有大用处；

Node：node是真正保存数据的结构，有三个属性key、value、next，key和value分别为put进来的key和value，next表示下一个节点。

综上ConcurrentSkipListMap是通过Node来保存数组并且形成最完整数据的链表结构，通过Index、HeadIndex来组成跳表的网结构，结构中每个节点保存一个Node可以指向完整链表中一个节点。

findPredecessor方法分析

在分析其他几个方法之前一定要提这个方法，在上一篇用Java实现跳表的文章中也有这个方法（实际上是我抄这里实现的），这里这个方法的作用以上一个差不多，具体源码如下图：

这个方法就是从左到右从上到下的遍历Index组成的跳表网结构，找到前置Index，所谓的前置Index的意思是这个Index的右节点中的key小于等于传进来key，也就是说findPredecessor方法返回的node是在Index网中能够找到的最大但小于当前key的node了。也就是findPredecessor返回的node是在Index能够找到在完整链表中最接近的key了。

findPredecessor还有一个作用是清理无效的index，可以看上图其中有一步如果node中的value等于null则会调用unlink把无用的Index从链表中移除。

put方法分析

通过上一篇跳表的学习，可以得出put方法主要分两步：

1、找到key在完整链表中的位置，然后put进去；

2、判断是否升级，如果升级就把升级节点添加到跳表网中；

先来分析第一步，和之前跳表实现一样，只要弄懂了findPredecessor方法之后，其他方法就简单多了，put方法也是通过调用findPredecessor获取到能够获取的在完整链表中最接近的Node,然后往后遍历，如果右节点中的key大于插入的key或者为null则new一个Node作为当前节点的右节点，老的右节点作为新节点的右节点，这样新节点就成功加入到链表中了，源码中代码很长主要是考虑线程安全问题，利用两层for循环、多次验证、CAS修改来保证，这里就不贴出来了。

然后是第二步就是跳表结构的升级，ConcurrentSkipListMap中跳表网的升级分为两步：

1、随机获取升级的层数，然后创建每一层的Index节点，先组成竖向链表；

2、把竖向链表中每个节点添加到横向链表中对应的位置；

第一步的源码分析如下图：

比如如上图如果在插入key等于8这个节点时的升级，这一步通过随机出来的level和第一步创建的node（图中的z）组成上图右侧的Index链表结构，Index中的node都指向最底层的Node对象。

第二步就是把上一步创建的竖向Index链表链接到跳表网中去，具体源码如下图：

这里实际上最主要过程是从head开始从右和下找到上一步创建的最顶层的节点应该插入的位置，然后插入链表，然后往下再次插入下一个，整体还是比较简单的，代码复杂还是因为线程安全问题。

删除方法

有了findPredecessor方法get方法比较简单就不在赘述了，直接来看删除方法，几个remove方法底层依赖doRemove方法，我们直接看doRemove方法源码如下图：

删除方法还是比较简单的，实际上就只有两步：找到key对应的node、把node中的value设置null，实际上到这里就成功了，在ConcurrentSkipListMap中很多代码在发现node的value为null都会尝试把它移除的。

总结

ConcurrentSkipListMap因为是保存的一对键值对，所以要用专门的一个类Node来保存，反而实现起来比我实现的跳表用到的算法简单很多，用Node来保存数据并组成完整数据的链表，并且这个链表相对独立，并不参与构建跳表结构。

通过Index来实现跳表结构，每个Index都保存一个Node，每个竖向的链表都指向底层链表中同一个node引用，所以删除方法只要把node中的value设置为null，当其他线程遍历到持有这个Node的Index时发现value为null，就移除Index，通过这样设计删除算法就简单了很多。

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