4.ConcurrentHashMap 锁分段机制

ConcurrentHashMap

- Java 5.0 在 java.util.concurrent 包中提供了多种并发容器类来改进同步容器的性能。
    
- ConcurrentHashMap 同步容器类是Java 5 增加的一个线程安全的哈希表。对与多线程的操作，介于 HashMap 与 Hashtable 之间。内部采用“锁分段”机制替代 Hashtable 的独占锁。进而提高性能。
    
- 此包还提供了设计用于多线程上下文中的 Collection 实现：ConcurrentHashMap、ConcurrentSkipListMap、ConcurrentSkipListSet、CopyOnWriteArrayList 和 CopyOnWriteArraySet。当期望许多线程访问一个给定 collection 时，ConcurrentHashMap 通常优于同步的 HashMap，ConcurrentSkipListMap 通常优于同步的 TreeMap。当期望的读数和遍历远远大于列表的更新数时，CopyOnWriteArrayList 优于同步的 ArrayList。

HashMap 的线程同步锁

4.ConcurrentHashMap 锁分段机制 — image-20201101233749354

由于并发多线程都需要抢一个独立的同步锁，那样的话就无法同时读写，不然会抛出异常。并且效率低下，相当于串行操作。

示例代码

上面有了基本概念，我们先写一个 List 单个线程同步锁的示例代码。

1.创建实现单个同步锁的集合 list

//线程类
class HelloThread implements Runnable{

    //使用 Collections.synchronizedList 实现具有单个同步锁的list
   private static List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<String>());

    //使用静态代码块添加list的值
    static{
        list.add("AA");
        list.add("BB");
        list.add("CC");
    }

    //实现run方法
    @Override
    public void run() {

        //创建list的迭代器
        Iterator<String> it = list.iterator();

        //读取list的元素
        while(it.hasNext()){
            //读取list的元素
            System.out.println(it.next());
            //在读取list元素的同时，添加元素。如果只是单个同步锁，则会报异常 java.util.ConcurrentModificationException
            list.add("AA");
        }

    }

}

2.创建10个线程

public class TestCopyOnWriteArrayList {

    public static void main(String[] args) {
        //创建线程类对象
        HelloThread ht = new HelloThread();
        //创建10个线程
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(ht).start();
        }
    }

}

演示如下：

ConcurrentHashMap 锁分段机制

为了提升效率，ConcurrentHashMap 可以将原来的 HashMap 分为 16 段 segment，而每段 segment 具有独立的同步锁，通过这种增加锁的方式，就相当于设置了16个并行处理的方法。

示例代码

1.创建分段锁的集合 list

//线程类
class HelloThread implements Runnable{

    //使用 Collections.synchronizedList 实现具有单个同步锁的list
// private static List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<String>());

    /**
     *  使用 CopyOnWriteArrayList 创建 “分段锁” 的 集合list
     *  CopyOnWriteArrayList/CopyOnWriteArraySet : “写入并复制”
     *  注意：添加操作多时，效率低，因为每次添加时都会进行复制，开销非常的大。
     *  并发迭代操作多时可以选择。
     */
    private static CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();


    //使用静态代码块添加list的值
    static{
        list.add("AA");
        list.add("BB");
        list.add("CC");
    }

    //实现run方法
    @Override
    public void run() {

        //创建list的迭代器
        Iterator<String> it = list.iterator();

        //读取list的元素
        while(it.hasNext()){
            //读取list的元素
            System.out.println(it.next());
            //在读取list元素的同时，添加元素。如果只是单个同步锁，则会报异常 java.util.ConcurrentModificationException
            list.add("AA");
        }

    }

}