JUC并发工具---并发容器

最新推荐文章于 2025-06-05 17:14:04 发布

bufanjun001

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文章标签： java 开发语言

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_43558052/article/details/144647733

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HashMap为什么是线程不安全的

import java.util.HashMap;
/**
 * 由于 HashMap 的线程不安全性，最终的 HashMap 值可能不符合预期。
 * 例如，预期值应该是 0（因为增加和减少操作相互抵消），但实际上可能得到一个不同的值。
 */
public class HashMapThreadUnsafeDemo {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 创建一个 HashMap
        HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>();
        
        // 初始化 HashMap
        map.put("key", 0);

        // 创建并启动线程
        Thread incrementThread = new Thread(new IncrementTask(map));
        Thread decrementThread = new Thread(new DecrementTask(map));

        incrementThread.start();
        decrementThread.start();

        // 等待所有线程完成
        incrementThread.join();
        decrementThread.join();

        // 输出最终的 HashMap
        System.out.println("最终的 HashMap: " + map);
    }

    static class IncrementTask implements Runnable {
        private final HashMap<String, Integer> map;

        public IncrementTask(HashMap<String, Integer> map) {
            this.map = map;
        }

        @Override
        public void run() {
            try {
                for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                    int value = map.get("key");
                    value++;
                    map.put("key", value);
                    System.out.println("IncrementThread: key=" + value);
                }
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    static class DecrementTask implements Runnable {
        private final HashMap<String, Integer> map;

        public DecrementTask(HashMap<String, Integer> map) {
            this.map = map;
        }

        @Override
        public void run() {
            try {
                for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                    int value = map.get("key");
                    value--;
                    map.put("key", value);
                    System.out.println("DecrementThread: key=" + value);
                }
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

同时put碰撞导致数据丢失

两个同样put的key发生了碰撞，根据hash值计算出来的bucket位置一样，两个线程又同时判断该位置是空的，可以写入两个不同的value便会添加到数组的同一个位置，最终就只会保留一个数据，丢失一个数据

可见性问题无法保证

死循环造成CPU100%

散列冲突和链表遍历
在 HashMap 中，如果散列冲突较多，且链表较长，那么在遍历时可能会出现性能问题。虽然现代 HashMap 实现（如 Java 8 中的 HashMap）已经采用了数组加链表（或红黑树）的方式，但在极端情况下仍然可能出现问题。
多线程并发修改
在多线程环境下，如果没有适当的同步机制，多个线程同时修改 HashMap 可能会导致数据不一致，甚至死循环。例如，在 HashMap 的迭代过程中，如果其他线程修改了 HashMap，可能会抛出 ConcurrentModificationException。
散列函数设计不当
如果散列函数设计不当，可能会导致大量的散列冲突，进而导致性能问题。虽然 HashMap 内部的散列函数通常已经经过优化，但在某些特殊情况下仍可能出现问题。

推荐使用线程安全同时性能比较好的ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap在java7、8中的不同

java7版本的ConcurrentHashMap

[外链图片转存中…(img-myliuXrq-1734854427939)]

每个Segment之间都独立的一把锁。默认情况下是16个Segment，所以最大的情况下可以支撑16个线程进行并发操作。16可以在初始的改为其他值，但是改为之后就不能再扩容了

java8版本的ConcurrentHashMap

红黑树的特点

红黑树是每个节点都带有颜色属性的二叉查找树，本质是对二叉查找树BST的一种平衡策略。

[外链图片转存中…(img-QHM5hdLX-1734854427940)]

[外链图片转存中…(img-r5F8YwGQ-1734854427940)]

图示类型，

第一种是空着的位置代表当前还没有元素来填充

第二种是和HashMap非常类似的拉链法结构

第三种是红黑树结构

异同和优缺点

	数据结构	并发度	保证并发安全的原理	遇到Hash碰撞	查询时间复杂度
java7	采用Segment分段锁来实现	每个Segment独立加锁，最大的并发个数就是Segment的个数（默认是16）	采用Segment分段锁来保证安全	使用拉链法	遍历链表的时间复杂度时O(n),n为链表长度
java8	使用数组+链表+红黑树	锁粒度更细，并发度比之前有提高	采用Node+CAS+synchronized保证安全	先使用拉链法，在链表长度超过一定阈值时，将链表转换为红黑树	如果变成遍历红黑树，时间复杂度降低为O(log(n))，n为树的节点个数

为什么Map的桶中超过8个才转为红黑树？

为什么需要转换

每次遍历一个链表，平均查找时间复杂度是O(n)，n是链表的长度，为了提升查找性能，需要把链表转化为红黑树的形式。

[外链图片转存中…(img-m3MSyO3u-1734854427940)]

[外链图片转存中…(img-32VpH1Ub-1734854427940)]

总结

防止用户自己实现了不好的哈希算法时链表过长，导致查询效率低
转为红黑树是一种保底策略，用来保证极端情况下查询的效率
通常情况下并没有必要转为红黑树，所以就选择了概率非常小，也就是长度为8的概率
如果平时开发中发现HashMap或是ConcurrentHashMap内部出现了红黑树的结构，往往就说明我们的哈希算法出了问题

同样是线程安全，ConcurrentHashMap和Hashtable的区别

	出现时间	实现线程安全方式	性能	迭代时修改的不同
hashtable	JDK1.0	通过synchronized关键字	线程数量增加的时候性能急剧下降，因为每次都要锁住整个对象，其他线程期间不能操作，会有额外的上下文切换等开销	不允许在迭代期间修改内容，其原理是监测modCount变量
concurrentHashMap	JDK1.5	采用Node+CAS+synchronized保证安全	仅会对一部分上锁而不是全部都上锁	在迭代期间修改内容也不会抛出异常