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Java ConcurrentHashMap鎖分段機(jī)制使用及代碼實(shí)例

 更新時(shí)間:2025年01月03日 14:34:03   作者:學(xué)亮編程手記  
ConcurrentHashMap是Java中的一種線程安全的哈希表,通過(guò)鎖分段機(jī)制提高了并發(fā)性能,在Java 8中,ConcurrentHashMap引入了CAS操作和更復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)繼承結(jié)構(gòu),進(jìn)一步優(yōu)化了并發(fā)操作

概述

鎖分段機(jī)制ConcurrentHashMap

線程安全的hash表 每一段都是一個(gè)獨(dú)立的鎖

Java 5.0 在 java.util.concurrent 包中提供了多種并發(fā)容器類來(lái)改進(jìn)同步容器的性能。

ConcurrentHashMap 同步容器類是Java 5 增加的一個(gè)線程安全的哈希表。對(duì)與多線程的操作,介于 HashMap 與 Hashtable 之間。內(nèi)部采用“鎖分段”機(jī)制替代 Hashtable 的獨(dú)占鎖。進(jìn)而提高性能。

此包還提供了設(shè)計(jì)用于多線程上下文中的 Collection 實(shí)現(xiàn):ConcurrentHashMap、 ConcurrentSkipListMap、 ConcurrentSkipListSet、CopyOnWriteArrayList 和 CopyOnWriteArraySet。當(dāng)期望許多線程訪問(wèn)一個(gè)給定 collection 時(shí), ConcurrentHashMap 通常優(yōu)于同步的 HashMap,ConcurrentSkipListMap 通常優(yōu)于同步的 TreeMap。當(dāng)期望的讀數(shù)和遍歷遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于列表的更新數(shù)時(shí), CopyOnWriteArrayList 優(yōu)于同步的 ArrayList。

ConcurrentHashMap就是一個(gè)線程安全的hash表。我們知道HashMap是線程不安全的,Hashtable加了鎖,是線程安全的,因此它效率低。

HashTable加鎖就是將整個(gè)hash表鎖起來(lái),當(dāng)有多個(gè)線程訪問(wèn)時(shí),同一時(shí)間只能有一個(gè)線程訪問(wèn),并行變成串行,因此效率低。所以JDK1.5后提供了ConcurrentHashMap,它采用了鎖分段機(jī)制。

1.8以后底層又換成了CAS,把鎖分段機(jī)制放棄了。CAS基本就達(dá)到了無(wú)鎖的境界。

詳解

ConcurrentHashMap 是 Java 中的一個(gè)線程安全的哈希表,它在多線程環(huán)境下提供了高效的讀取和更新操作。

從 Java 8 開(kāi)始,ConcurrentHashMap 引入了一種新的機(jī)制,稱為“鎖分段”(Segmentation with Locks),以提高并發(fā)性能。

鎖分段機(jī)制詳解

在 Java 8 之前的版本中,ConcurrentHashMap 使用分段鎖(Segmentation with Segments)來(lái)實(shí)現(xiàn)線程安全。每個(gè)段相當(dāng)于一個(gè)小型的哈希表,擁有自己的鎖。當(dāng)多個(gè)線程訪問(wèn)不同段的數(shù)據(jù)時(shí),它們可以并發(fā)進(jìn)行,從而減少了鎖的競(jìng)爭(zhēng)。

然而,Java 8 引入的鎖分段機(jī)制進(jìn)一步優(yōu)化了這一點(diǎn)。在新的實(shí)現(xiàn)中:

  • CAS 操作ConcurrentHashMap 使用了更多的無(wú)鎖編程技術(shù),如原子操作(Compare-And-Swap, CAS),來(lái)減少鎖的使用。
  • Node 繼承結(jié)構(gòu):內(nèi)部結(jié)構(gòu)由 Node、TreeNode、TreeBin 等類組成,這些類繼承自 Node,形成了一個(gè)復(fù)雜的繼承結(jié)構(gòu)。
  • Synchronized 粒度:在某些操作上,如擴(kuò)容和部分更新操作上,仍然使用了 synchronized 塊來(lái)保證線程安全。
  • 減少鎖的競(jìng)爭(zhēng):通過(guò)減少鎖的使用,ConcurrentHashMap 允許更高的并發(fā)性,因?yàn)榫€程可以在沒(méi)有鎖的情況下進(jìn)行大部分操作。

示例

下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的 ConcurrentHashMap 使用示例:

import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

public class ConcurrentHashMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建一個(gè) ConcurrentHashMap 實(shí)例
        ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();

        // 插入數(shù)據(jù)
        map.put("One", 1);
        map.put("Two", 2);
        map.put("Three", 3);

        // 讀取數(shù)據(jù)
        System.out.println(map.get("Two")); // 輸出 2

        // 并發(fā)更新數(shù)據(jù)
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            int finalI = i;
            new Thread(() -> map.put("Key" + finalI, finalI)).start();
        }

        // 等待所有線程完成
        while (Thread.activeCount() > 1) {
            Thread.yield();
        }

        // 輸出更新后的數(shù)據(jù)
        System.out.println(map.get("Key9")); // 輸出 9
    }
}

在這個(gè)示例中,我們創(chuàng)建了一個(gè) ConcurrentHashMap 實(shí)例,并插入了一些數(shù)據(jù)。然后,我們啟動(dòng)了多個(gè)線程來(lái)并發(fā)地更新數(shù)據(jù)。

由于 ConcurrentHashMap 是線程安全的,即使在多線程環(huán)境下,這些操作也不會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致的問(wèn)題。

注意事項(xiàng)

  • ConcurrentHashMap 在高并發(fā)環(huán)境下比 HashtableCollections.synchronizedMap 有更好的性能。
  • ConcurrentHashMap 適用于讀多寫少的場(chǎng)景。
  • 在使用 ConcurrentHashMap 時(shí),仍然需要注意避免長(zhǎng)時(shí)間持有迭代器,因?yàn)樵诘^(guò)程中可能會(huì)有結(jié)構(gòu)性修改(如擴(kuò)容)。

ConcurrentHashMap 是 Java 并發(fā)包 java.util.concurrent 中的一個(gè)重要組件,它通過(guò)鎖分段機(jī)制提供了高效的并發(fā)訪問(wèn)能力。

總結(jié)

以上為個(gè)人經(jīng)驗(yàn),希望能給大家一個(gè)參考,也希望大家多多支持腳本之家。

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