Java 中ConcurrentHashMap的實現(xiàn)

更新時間：2016年09月09日 08:47:04 作者：Giraffe

本文主要介紹Java 中ConcurrentHashMap的實現(xiàn)，這里整理了詳細的資料，及簡單實例代碼，有興趣的小伙伴可以參考下

ConcurrentHashMap(簡稱CHM)是在Java 1.5作為Hashtable的替代選擇新引入的，是concurrent包的重要成員。在Java 1.5之前，如果想要實現(xiàn)一個可以在多線程和并發(fā)的程序中安全使用的Map,只能在HashTable和synchronized Map中選擇，因為HashMap并不是線程安全的。但再引入了CHM之后，我們有了更好的選擇。CHM不但是線程安全的，而且比HashTable和synchronizedMap的性能要好。相對于HashTable和synchronizedMap鎖住了整個Map，CHM只鎖住部分Map。CHM允許并發(fā)的讀操作，同時通過同步鎖在寫操作時保持數(shù)據(jù)完整性。我們已經(jīng)在Top 5 Java Concurrent Collections from JDK 5 and 6中學習了CHM的基礎知識，在這篇博客中我將介紹以下幾點：

CHM在Java中如何實現(xiàn)的
什么情況下應該使用CHM
在Java中使用CHM的例子
CHM的一些重要特性

Java中ConcurrentHashMap的實現(xiàn)

CHM引入了分割，并提供了HashTable支持的所有的功能。在CHM中，支持多線程對Map做讀操作，并且不需要任何的blocking。這得益于CHM將Map分割成了不同的部分，在執(zhí)行更新操作時只鎖住一部分。根據(jù)默認的并發(fā)級別(concurrency level)，Map被分割成16個部分，并且由不同的鎖控制。這意味著，同時最多可以有16個寫線程操作Map。試想一下，由只能一個線程進入變成同時可由16個寫線程同時進入(讀線程幾乎不受限制)，性能的提升是顯而易見的。但由于一些更新操作，如put(),remove(),putAll(),clear()只鎖住操作的部分，所以在檢索操作不能保證返回的是最新的結果。

另一個重要點是在迭代遍歷CHM時，keySet返回的iterator是弱一致和fail-safe的，可能不會返回某些最近的改變，并且在遍歷過程中，如果已經(jīng)遍歷的數(shù)組上的內容變化了，不會拋出ConcurrentModificationExceptoin的異常。

CHM默認的并發(fā)級別是16，但可以在創(chuàng)建CHM時通過構造函數(shù)改變。毫無疑問，并發(fā)級別代表著并發(fā)執(zhí)行更新操作的數(shù)目，所以如果只有很少的線程會更新Map，那么建議設置一個低的并發(fā)級別。另外，CHM還使用了ReentrantLock來對segments加鎖。

Java中ConcurrentHashMap putifAbsent方法的例子

很多時候我們希望在元素不存在時插入元素，我們一般會像下面那樣寫代碼

synchronized(map){
 if (map.get(key) == null){
  return map.put(key, value);
 } else{
  return map.get(key);
 }
}

上面這段代碼在HashMap和HashTable中是好用的，但在CHM中是有出錯的風險的。這是因為CHM在put操作時并沒有對整個Map加鎖，所以一個線程正在put(k,v)的時候，另一個線程調用get(k)會得到null，這就會造成一個線程put的值會被另一個線程put的值所覆蓋。當然，你可以將代碼封裝到synchronized代碼塊中，這樣雖然線程安全了，但會使你的代碼變成了單線程。CHM提供的putIfAbsent(key,value)方法原子性的實現(xiàn)了同樣的功能，同時避免了上面的線程競爭的風險。

什么時候使用ConcurrentHashMap

CHM適用于讀者數(shù)量超過寫者時，當寫者數(shù)量大于等于讀者時，CHM的性能是低于Hashtable和synchronized Map的。這是因為當鎖住了整個Map時，讀操作要等待對同一部分執(zhí)行寫操作的線程結束。CHM適用于做cache,在程序啟動時初始化，之后可以被多個請求線程訪問。正如Javadoc說明的那樣，CHM是HashTable一個很好的替代，但要記住，CHM的比HashTable的同步性稍弱。

總結

現(xiàn)在我們知道了什么是ConcurrentHashMap和什么時候該用ConcurrentHashMap，下面我們來復習一下CHM的一些關鍵點。