如何设计线程安全的 HashMap?

如何设计线程安全的 HashMap?

HashMap 线程不安全的体现:

  1. 多线程下扩容死循环:JDK1.7中的 HashMap 使用头插法插入元素,在多线程的环境下,扩容的时候有可能导致环形链表的出现,形成死循环。因此,JDK1.8使用尾插法插入元素,在扩容时会保持链表元素原本的顺序,不会出现环形链表的问题。
  2. 多线程的put可能导致元素的丢失:多线程同时执行 put 操作,如果计算出来的索引位置是相同的,那会造成前一个 key 被后一个 key 覆盖,从而导致元素的丢失。此问题在JDK 1.7和 JDK 1.8 中都存在。
  3. put和get并发时,可能导致get为null:线程1执行 put 时,因为元素个数超出 threshold 而导致 rehash,线程2此时执行get,有可能导致这个问题。此问题在JDK 1.7和 JDK 1.8 中都存在。
    针对问题1,JDK1.8 使用尾插法已经解决了,因此我们需要重点解决问题2和问题3。
    思路一:使用 Synchronized 来实现线程安全的,给整个哈希表加了一把大锁,多线程访问时候,只要有一个线程访问或操作该对象,那其他线程只能阻塞等待需要的锁被释放。
    优点:实现简单。
    缺点:竞争激烈的多线程场景中性能会变的很差。
    思路二:使用 ConcurrentHashMap JDK1.7 的实现思路, 对整个桶数组进行了分割分段(Segment),每一把锁只锁容器其中一部分数据,多线程访问容器里不同数据段的数据,就不会存在锁竞争,提高并发访问率。
    优点:并发访问率比Synchronized更高,效率也更高。
    思路三:使用 ConcurrentHashMap JDK1.8 的实现思路,采用CAS + synchronized实现更加低粒度的锁。
    优点:将锁的级别控制在了更细粒度的哈希桶元素级别,也就是说只需要锁住这个链表头结点(红黑树的根节点),就不会影响其他的哈希桶元素的读写,大大提高了并发度。
    CAS 机制在 ConcurrentHashMap 的具体体现:
  4. 在初始化数组时,它会以 CAS 的方式修改初始化状态,避免多个线程同时进行初始化;
  5. 在执行 put 方法初始化头节点时,它会以 CAS 的方式将初始化好的头节点设置到指定槽的首位,避免多个线程同时设置头节点;
  6. 在数组扩容时,每个线程会以 CAS 方式修改任务序列号来争抢扩容任务,避免和其他线程产生冲突;
  7. 在执行 get 方法时,它会以 CAS 的方式获取头指定槽的头节点,避免其他线程同时对头节点做出修改。
相关推荐
考虑考虑30 分钟前
Jpa使用union all
java·spring boot·后端
用户3721574261351 小时前
Java 实现 Excel 与 TXT 文本高效互转
java
浮游本尊2 小时前
Java学习第22天 - 云原生与容器化
java
渣哥4 小时前
原来 Java 里线程安全集合有这么多种
java
间彧4 小时前
Spring Boot集成Spring Security完整指南
java
间彧4 小时前
Spring Secutiy基本原理及工作流程
java
Java水解5 小时前
JAVA经典面试题附答案(持续更新版)
java·后端·面试
洛小豆7 小时前
在Java中,Integer.parseInt和Integer.valueOf有什么区别
java·后端·面试
前端小张同学8 小时前
服务器上如何搭建jenkins 服务CI/CD😎😎
java·后端
ytadpole8 小时前
Spring Cloud Gateway:一次不规范 URL 引发的路由转发404问题排查
java·后端