Java 非线程安全的HashMap如何在多线程中使用

Java 非线程安全的HashMap如何在多线程中使用

HashMap 是非线程安全的。在多线程条件下,容易导致死循环,具体表现为CPU使用率100%。因此多线程环境下保证 HashMap 的线程安全性,主要有如下几种方法:

  1. 使用 java.util.Hashtable 类,此类是线程安全的。
  2. 使用 java.util.concurrent.ConcurrentHashMap,此类是线程安全的。
  3. 使用 java.util.Collections.synchronizedMap() 方法包装 HashMap object,得到线程安全的Map,并在此Map上进行操作。
  4. 自己在程序的关键代码段加锁,保证多线程安全(不推荐)

接下来分析上面列举的几种方法实现并发安全的 HashMap 的原理:

(一)java.util.Hashtable类:

查看该类的源码

public synchronized V get(Object key) {  
    …… //具体的实现省略,请参考 jdk实现  
}  
  
public synchronized V put(K key, V value) {  
    …… //具体的实现省略,请参考 jdk实现  
}  
  
public synchronized V remove(Object key) {  
    …… //具体的实现省略,请参考 jdk实现  
}  

     上面是 Hashtable 类提供的几个主要方法,包括 get(),put(),remove() 等。注意到每个方法本身都是 synchronized 的,不会出现两个线程同时对数据进行操作的情况,因此保证了线程安全性,但是也大大的降低了执行效率。因此是不推荐的。

(二)使用 java.util.concurrent.ConcurrentHashMap 类:

该类是 HashMap 的线程安全版,与 Hashtable 相比, ConcurrentHashMap 不仅保证了访问的线程安全性,而且在效率上有较大的提高。

ConcurrentHashMap的数据结构如下:

可以看出,相对 HashMap 和 Hashtable, ConcurrentHashMap 增加了Segment 层,每个Segment 原理上等同于一个 Hashtable, ConcurrentHashMap 等同于一个 Segment 的数组。下面是 ConcurrentHashMap 的 put 和 get 方法:

final Segment<K,V> segmentFor(int hash) {  
    return segments[(hash >>> segmentShift) & segmentMask];  
}  
  
public V put(K key, V value) {  
    if (value == null)  
        throw new NullPointerException();  
    int hash = hash(key.hashCode());  
    return segmentFor(hash).put(key, hash, value, false);  
}  
  
public V get(Object key) {  
    int hash = hash(key.hashCode());  
    return segmentFor(hash).get(key, hash);  
}  

向 ConcurrentHashMap 中插入数据(put) 或者 读取数据(get),首先都要将相应的 Key 映射到对应的 Segment,因此不用锁定整个类, 只要对单个的 Segment 操作进行上锁操作就可以了。理论上如果有 n 个 Segment,那么最多可以同时支持 n 个线程的并发访问,从而大大提高了并发访问的效率。

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