ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList的简要总结：

最新推荐文章于 2025-03-17 15:36:43 发布

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本文详细介绍了ConcurrentHashMap的工作原理，包括其内部实现机制以及与Hashtable的区别。此外还探讨了Copy-On-Write机制及其在CopyOnWriteArrayList和自定义CopyOnWriteMap中的应用，并通过实例展示了适用于读多写少场景的解决方案。

1、public V get(Object key)不涉及到锁，也就是说获得对象时没有使用锁；

2、put、remove方法要使用锁，但并不一定有锁争用，原因在于ConcurrentHashMap将缓存的变量分到多个Segment，每个Segment上有一个锁，只要多个线程访问的不是一个Segment就没有锁争用，就没有堵塞，各线程用各自的锁，ConcurrentHashMap缺省情况下生成16个Segment，也就是允许16个线程并发的更新而尽量没有锁争用；

3、Iterator对象的使用，不一定是和其它更新线程同步，获得的对象可能是更新前的对象，ConcurrentHashMap允许一边更新、一边遍历，也就是说在Iterator对象遍历的时候，ConcurrentHashMap也可以进行remove,put操作，且遍历的数据会随着remove,put操作产出变化，所以希望遍历到当前全部数据的话，要么以ConcurrentHashMap变量为锁进行同步(synchronized该变量)，要么使用CopiedIterator包装iterator，使其拷贝当前集合的全部数据，但是这样生成的iterator不可以进行remove操作。

Hashtable和ConcurrentHashMap的不同点：

1、Hashtable对get,put,remove都使用了同步操作，它的同步级别是正对Hashtable来进行同步的，也就是说如果有线程正在遍历集合，其他的线程就暂时不能使用该集合了，这样无疑就很容易对性能和吞吐量造成影响，从而形成单点。而ConcurrentHashMap则不同，它只对put,remove操作使用了同步操作，get操作并不影响，详情请看以上第1,2点，当前ConcurrentHashMap这样的做法对一些线程要求很严格的程序来说，还是有所欠缺的，对应这样的程序来说，如果不考虑性能和吞吐量问题的话，个人觉得使用Hashtable还是比较合适的；

2、Hashtable在使用iterator遍历的时候，如果其他线程，包括本线程对Hashtable进行了put，remove等更新操作的话，就会抛出ConcurrentModificationException异常，但如果使用ConcurrentHashMap的话，就不用考虑这方面的问题了，详情请看以上第3点；

Copy-On-Write简称COW，是一种用于程序设计中的优化策略。其基本思路是，从一开始大家都在共享同一个内容，当某个人想要修改这个内容的时候，才会真正把内容Copy出去形成一个新的内容然后再改，这是一种延时懒惰策略。从JDK1.5开始Java并发包里提供了两个使用CopyOnWrite机制实现的并发容器,它们是CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet。CopyOnWrite容器非常有用，可以在非常多的并发场景中使用到。

什么是CopyOnWrite容器

CopyOnWrite容器即写时复制的容器。通俗的理解是当我们往一个容器添加元素的时候，不直接往当前容器添加，而是先将当前容器进行Copy，复制出一个新的容器，然后新的容器里添加元素，添加完元素之后，再将原容器的引用指向新的容器。这样做的好处是我们可以对CopyOnWrite容器进行并发的读，而不需要加锁，因为当前容器不会添加任何元素。所以CopyOnWrite容器也是一种读写分离的思想，读和写不同的容器。

CopyOnWriteArrayList的实现原理

在使用CopyOnWriteArrayList之前，我们先阅读其源码了解下它是如何实现的。以下代码是向ArrayList里添加元素，可以发现在添加的时候是需要加锁的，否则多线程写的时候会Copy出N个副本出来。

01
public boolean add(T
 e) {

02
    final ReentrantLock
 lock = this.lock;

03
    lock.lock();

04
    try {

05
 
06
        Object[]
 elements = getArray();

07
 
08
        int len
 = elements.length;

09
        //
 复制出新数组

10
 
11
        Object[]
 newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);

12
        //
 把新元素添加到新数组里

13
 
14
        newElements[len]
 = e;

15
        //
 把原数组引用指向新数组

16
 
17
        setArray(newElements);

18
 
19
        return true;

20
 
21
    } finally {

22
 
23
        lock.unlock();

24
 
25
    }

26
 
27
}

28
 
29
final void setArray(Object[]
 a) {

30
    array
 = a;

31
}

读的时候不需要加锁，如果读的时候有多个线程正在向ArrayList添加数据，读还是会读到旧的数据，因为写的时候不会锁住旧的ArrayList。

1
public E
 get(int index)
 {



2
    return get(getArray(),
 index);



3
}

JDK中并没有提供CopyOnWriteMap，我们可以参考CopyOnWriteArrayList来实现一个，基本代码如下：

01
import java.util.Collection;

02
import java.util.Map;

03
import java.util.Set;

04
 
05
public class CopyOnWriteMap<K,
 V> implements Map<K,
 V>, Cloneable {

06
    private volatile Map<K,
 V> internalMap;

07
 
08
    public CopyOnWriteMap()
 {

09
        internalMap
 = new HashMap<K,
 V>();

10
    }

11
 
12
    public V
 put(K key, V value) {

13
 
14
        synchronized (this)
 {

15
            Map<K,
 V> newMap = new HashMap<K,
 V>(internalMap);

16
            V
 val = newMap.put(key, value);

17
            internalMap
 = newMap;

18
            return val;

19
        }

20
    }

21
 
22
    public V
 get(Object key) {

23
        return internalMap.get(key);

24
    }

25
 
26
    public void putAll(Map<? extends K,
 ? extends V>
 newData) {

27
        synchronized (this)
 {

28
            Map<K,
 V> newMap = new HashMap<K,
 V>(internalMap);

29
            newMap.putAll(newData);

30
            internalMap
 = newMap;

31
        }

32
    }

33
}

实现很简单，只要了解了CopyOnWrite机制，我们可以实现各种CopyOnWrite容器，并且在不同的应用场景中使用。

CopyOnWrite的应用场景

CopyOnWrite并发容器用于读多写少的并发场景。比如白名单，黑名单，商品类目的访问和更新场景，假如我们有一个搜索网站，用户在这个网站的搜索框中，输入关键字搜索内容，但是某些关键字不允许被搜索。这些不能被搜索的关键字会被放在一个黑名单当中，黑名单每天晚上更新一次。当用户搜索时，会检查当前关键字在不在黑名单当中，如果在，则提示不能搜索。实现代码如下：

01
package com.ifeve.book;

02
 
03
import java.util.Map;

04
 
05
import com.ifeve.book.forkjoin.CopyOnWriteMap;

06
 
07
/**

08
 *
 黑名单服务

09
 *

10
 *
 @author fangtengfei

11
 *

12
 */

13
public class BlackListServiceImpl
 {

14
 
15
    private static CopyOnWriteMap<String,
 Boolean> blackListMap = new CopyOnWriteMap<String,
 Boolean>(

16
            1000);

17
 
18
    public static boolean isBlackList(String
 id) {

19
        return blackListMap.get(id)
 == null ? false : true;

20
    }

21
 
22
    public static void addBlackList(String
 id) {

23
        blackListMap.put(id,
 Boolean.TRUE);

24
    }

25
 
26
    /**

27
     *
 批量添加黑名单

28
     *

29
     *
 @param ids

30
     */

31
    public static void addBlackList(Map<String,Boolean>
 ids) {

32
        blackListMap.putAll(ids);

33
    }

34
 
35
}

代码很简单，但是使用CopyOnWriteMap需要注意两件事情：

1. 减少扩容开销。根据实际需要，初始化CopyOnWriteMap的大小，避免写时CopyOnWriteMap扩容的开销。

2. 使用批量添加。因为每次添加，容器每次都会进行复制，所以减少添加次数，可以减少容器的复制次数。如使用上面代码里的addBlackList方法。

CopyOnWrite的缺点

CopyOnWrite容器有很多优点，但是同时也存在两个问题，即内存占用问题和数据一致性问题。所以在开发的时候需要注意一下。

内存占用问题。因为CopyOnWrite的写时复制机制，所以在进行写操作的时候，内存里会同时驻扎两个对象的内存，旧的对象和新写入的对象（注意:在复制的时候只是复制容器里的引用，只是在写的时候会创建新对象添加到新容器里，而旧容器的对象还在使用，所以有两份对象内存）。如果这些对象占用的内存比较大，比如说200M左右，那么再写入100M数据进去，内存就会占用300M，那么这个时候很有可能造成频繁的Yong GC和Full GC。之前我们系统中使用了一个服务由于每晚使用CopyOnWrite机制更新大对象，造成了每晚15秒的Full GC，应用响应时间也随之变长。