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ConcurrentHashMap原理分析

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 liuhao_sh
发布于 2016/04/19 13:42
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集合是编程中最常用的数据结构。而谈到并发,几乎总是离不开集合这类高级数据结构的支持。比如两个线程需要同时访问一个中间临界区(Queue),比如常会用缓存作为外部文件的副本(HashMap)。这篇文章主要分析jdk1.5的3种并发集合类型(concurrent,copyonright,queue)中的ConcurrentHashMap,让我们从原理上细致的了解它们,能够让我们在深度项目开发中获益非浅。

    在tiger之前,我们使用得最多的数据结构之一就是HashMap和Hashtable。大家都知道,HashMap中未进行同步考虑,而Hashtable则使用了synchronized,带来的直接影响就是可选择,我们可以在单线程时使用HashMap提高效率,而多线程时用Hashtable来保证安全。

    当我们享受着jdk带来的便利时同样承受它带来的不幸恶果。通过分析Hashtable就知道,synchronized是针对整张Hash表的,即每次锁住整张表让线程独占,安全的背后是巨大的浪费,慧眼独具的Doug Lee立马拿出了解决方案----ConcurrentHashMap。

    ConcurrentHashMap和Hashtable主要区别就是围绕着锁的粒度以及如何锁。如图

 

    左边便是Hashtable的实现方式---锁整个hash表;而右边则是ConcurrentHashMap的实现方式---锁桶(或段)。ConcurrentHashMap将hash表分为16个桶(默认值),诸如get,put,remove等常用操作只锁当前需要用到的桶。试想,原来只能一个线程进入,现在却能同时16个写线程进入(写线程才需要锁定,而读线程几乎不受限制,之后会提到),并发性的提升是显而易见的。

    更令人惊讶的是ConcurrentHashMap的读取并发,因为在读取的大多数时候都没有用到锁定,所以读取操作几乎是完全的并发操作,而写操作锁定的粒度又非常细,比起之前又更加快速(这一点在桶更多时表现得更明显些)。只有在求size等操作时才需要锁定整个表。而在迭代时,ConcurrentHashMap使用了不同于传统集合的快速失败迭代器(见之前的文章《JAVA API备忘---集合》)的另一种迭代方式,我们称为弱一致迭代器。在这种迭代方式中,当iterator被创建后集合再发生改变就不再是抛出ConcurrentModificationException,取而代之的是在改变时new新的数据从而不影响原有的数据,iterator完成后再将头指针替换为新的数据,这样iterator线程可以使用原来老的数据,而写线程也可以并发的完成改变,更重要的,这保证了多个线程并发执行的连续性和扩展性,是性能提升的关键。


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