java多线程 -- ConcurrentHashMap 锁分段机制

最新推荐文章于 2024-12-11 08:00:00 发布

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文章标签： java

本文介绍了Java中ConcurrentHashMap与CopyOnWriteArrayList的使用及原理，ConcurrentHashMap通过锁分段技术提高并发访问效率，CopyOnWriteArrayList则适用于读多写少的场景。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

hashtable效率低
ConcurrentHashMap 线程安全，效率高

Java 5.0 在 java.util.concurrent 包中提供了多种并发容器类来改进同步容器的性能。

ConcurrentHashMap 同步容器类是Java 5 增加的一个线程安全的哈希表。对与多线程的操作，介于 HashMap 与 Hashtable 之间。内部采用“锁分段”机制替代 Hashtable 的独占锁。进而提高性能。
此包还提供了设计用于多线程上下文中的 Collection 实现：ConcurrentHashMap、ConcurrentSkipListMap、ConcurrentSkipListSet、CopyOnWriteArrayList 和 CopyOnWriteArraySet。当期望许多线程访问一个给定 collection 时，ConcurrentHashMap 通常优于同步的 HashMap，ConcurrentSkipListMap 通常优于同步的 TreeMap。当期望的读数和遍历远远大于列表的更新数时，CopyOnWriteArrayList 优于同步的 ArrayList。

关于锁分段机制：

HashTable容器在竞争激烈的并发环境下表现出效率低下的原因是所有访问HashTable的线程都必须竞争同一把锁，假如容器里有多把锁，每一把锁用于锁容器其中一部分数据，那么当多线程访问容器里不同数据段的数据时，线程间就不会存在锁竞争，从而可以有效提高并发访问效率，这就是ConcurrentHashMap所使用的锁分段技术。首先将数据分成一段一段地存储，然后给每一段数据配一把锁，当一个线程占用锁访问其中一个段数据的时候，其他段的数据也能被其他线程访问

Segment是一种可重入锁（ReentrantLock），在ConcurrentHashMap里扮演锁的角色；
HashEntry则用于存储键值对数据；

--引自《java并发编程的艺术》

ConcurrentHashMap 和HashMap方法基本上保持一致。

当多线程访问并处理List的时候会出现并发修改异常：

Exception in thread "Thread-8" java.util.ConcurrentModificationException
    at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:901)
    at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:851)
    at com.company.HelloThread.run(TestCopyOnWriteArrayList.java:42)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)
Exception in thread "Thread-7" Exception in thread "Thread-9" java.util.ConcurrentModificationException
    at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:901)
    at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:851)
    at com.company.HelloThread.run(TestCopyOnWriteArrayList.java:42)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

出现这种情况demo:

package com.company;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;

public class TestCopyOnWriteArrayList {

    public static void main(String[] args) {
        HelloThread ht = new HelloThread();

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(ht).start();
        }
    }

}

class HelloThread implements Runnable {

    private static List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<String>());

    static {
        list.add("小王");
        list.add("中王");
        list.add("大王");
    }

    @Override
    public void run() {

        Iterator<String> it = list.iterator();

        while (it.hasNext()) {
            System.out.println(it.next());

            list.add("==");
        }

    }

}

那么如果避免多线程下这种问题的产生呢，利用CopyOnWriteArrayList ：

import java.util.Iterator;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

/*
 * CopyOnWriteArrayList/CopyOnWriteArraySet : “写入并复制”
 * 注意：添加操作多时，效率低，因为每次添加时都会进行复制，开销非常的大。并发迭代操作多时可以选择。
 */
public class TestCopyOnWriteArrayList {

    public static void main(String[] args) {
        HelloThread ht = new HelloThread();

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(ht).start();
        }
    }

}

class HelloThread implements Runnable {

//    private static List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<String>());

    private static CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();

    static {
        list.add("大王A");
        list.add("大王B");
        list.add("大王C");
    }

    @Override
    public void run() {

        Iterator<String> it = list.iterator();

        while (it.hasNext()) {
            System.out.println(it.next());

            list.add("====");
        }

    }

}

结果：

大王A
大王A
大王A
大王B
大王A
大王B
大王A
大王B
大王C
大王A
大王A
大王B
大王C
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大王C
大王B
大王B
大王C
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大王A
大王C
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大王A
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大王B
大王C
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大王B
大王A
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大王C
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大王B
大王C
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大王B
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大王C
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大王C
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