深入解析 helpTransfer 方法：多线程协作中的哈希表扩容

什么是哈希表

哈希表（HashMap）是一种常用的数据结构，它通过“键值对”的形式来存储数据。它的核心思想是：根据每个“键”（key）的特征，通过一种叫做哈希函数的计算，把这个键映射到一个位置（格子）上。这样，我们就能快速找到或存储对应的值（value）。

打个比方：假设你有一个大抽屉（哈希表），你要把很多标有标签的物品放进去。你根据物品的标签（键），使用一个“算法”决定这个物品应该放在哪个小格子（具体位置）。

哈希表的问题：扩容

随着我们不断往哈希表里添加数据，格子会逐渐装满，并且有时不同的键会被放到同一个格子里（称为“哈希冲突”）。为了避免这些问题，哈希表有一个机制，当装入的元素数量超过一定的阈值时，它会 扩容，即换一个更大的表，把所有的键值对重新整理放进去。

打个比方：当你的抽屉里东西太多，而且标记不清时，你决定换一个更大的抽屉，并把物品重新整理好。

扩容的挑战

扩容本质上是需要把所有数据从旧的哈希表（旧抽屉）搬到新的哈希表（新抽屉）里。这在单线程的情况下还算简单，但如果有多个线程（搬运工）同时在操作这个哈希表，问题就变复杂了。我们希望多个线程可以协同工作，把数据快速、正确地搬到新表里。

打个比方：你和几个朋友（多个线程）决定一起搬家。问题是，如果没有协调好，大家可能会重复搬运某个物品，甚至搞混了物品的摆放位置。

扩容的原理

1. 创建一个新的、更大的哈希表：我们要有一个新的抽屉，来装更多的东西。
2. 重新分配每个键值对的位置：根据新的哈希表（新的抽屉）的大小，重新计算每个键值对应该放到哪个格子里。
3. 多个线程协同搬运：多个线程一起工作，把旧哈希表中的数据搬运到新的哈希表中，保证每个线程只搬运自己负责的部分。

helpTransfer 方法

final Node<K,V>[] helpTransfer(Node<K,V>[] tab, Node<K,V> f) {Node<K,V>[] nextTab; int sc;if (tab != null && (f instanceof ForwardingNode) &&(nextTab = ((ForwardingNode<K,V>)f).nextTable) != null) {int rs = resizeStamp(tab.length) << RESIZE_STAMP_SHIFT;while (nextTab == nextTable && table == tab &&(sc = sizeCtl) < 0) {if (sc == rs + MAX_RESIZERS || sc == rs + 1 ||transferIndex <= 0)break;if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1)) {transfer(tab, nextTab);break;}}return nextTab;}return table;
}

helpTransfer 方法是 ConcurrentHashMap 中扩容相关的一个方法。

helpTransfer 方法的作用是：在哈希表扩容过程中，多个线程协同工作，把旧哈希表的数据搬运到新的哈希表中。

接下来，我们会解释这个方法的功能是如何实现的。

检查是否正在扩容

if (tab != null && (f instanceof ForwardingNode) &&(nextTab = ((ForwardingNode<K,V>)f).nextTable) != null) {

解释：这个方法首先检查，当前哈希表是否正在进行扩容。

• tab != null：当前哈希表必须存在。
• f instanceof ForwardingNode：当前节点 f 是否是 ForwardingNode，这个节点表明哈希表正在扩容。
• nextTab != null：是否已经创建了新的哈希表（新抽屉）。

打个比方：这就像我们检查当前抽屉是不是已经在搬家，如果是，那我们可以决定是否加入搬家队伍。

生成扩容标记并检查条件

int rs = resizeStamp(tab.length) << RESIZE_STAMP_SHIFT;
while (nextTab == nextTable && table == tab &&(sc = sizeCtl) < 0) {

解释：

• resizeStamp(tab.length)：生成一个标记，用来标识这次扩容。
• 进入 while 循环：检查当前扩容状态。
  • nextTab == nextTable && table == tab：确认新旧哈希表没有变化，扩容工作还在进行。
  • sizeCtl < 0：检查扩容是否真的还在进行。

打个比方：这一步是保证当前的搬家工作没有被打断，你可以加入搬运队伍。

判断是否需要更多线程帮助

if (sc == rs + MAX_RESIZERS || sc == rs + 1 ||transferIndex <= 0)
break;

解释：此处判断是否还需要更多线程来帮助搬运。

• 如果正在帮忙的线程已经够多了（sc == rs + MAX_RESIZERS），或者扩容快完成了（sc == rs + 1），当前线程就不再加入。
• 如果所有桶（格子）都已经搬完了（transferIndex <= 0），那也不需要继续搬了。

打个比方：这是在判断是否已经有足够多的朋友在帮忙搬家，或者工作快要结束。如果不需要更多人手，你就不必加入。

加入搬家工作

if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1)) {transfer(tab, nextTab);break;
}

解释：

• compareAndSwapInt 是一种原子操作，它会尝试增加 sizeCtl，表示当前线程加入搬运工作。
• 如果成功加入，线程会调用 transfer 方法，开始实际搬运数据。

打个比方：这里就是实际的搬运操作。当你加入搬家队伍后，开始负责自己的一部分，把旧抽屉的东西搬到新抽屉里。

返回新表或旧表

return nextTab;

解释：如果搬运工作完成，返回新的哈希表 nextTab。如果还没有完成，则返回旧哈希表。

打个比方：搬完东西后，你可以开始使用新的抽屉。如果没有搬完，那还继续用旧的抽屉。