【HashMap】保证HashMap线程安全的几种方式

在Java中，HashMap是线程不安全的，这意味着如果多个线程并发地访问和修改同一个HashMap实例，可能会导致数据不一致和其他线程安全问题。为了确保线程安全性，可以考虑以下几种方法：

1. 使用 Collections.synchronizedMap

Collections.synchronizedMap 是 Java 提供的一种简便方法，用于将非线程安全的 HashMap 包装成线程安全的 Map。其实现方式是在每个方法调用时对整个 Map 对象进行同步。

示例代码：

import java.util.Collections;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class SynchronizedMapExample {
    private final Map<String, String> map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());

    public void put(String key, String value) {
        map.put(key, value);
    }

    public String get(String key) {
        return map.get(key);
    }

    public static void main(String[] args) {
        SynchronizedMapExample example = new SynchronizedMapExample();
        example.put("key1", "value1");
        System.out.println(example.get("key1"));
    }
}

注意：

• 每次访问 map 时，都会隐式地对整个 map 对象加锁，这可能导致性能瓶颈。
• 对于遍历操作，需要手动同步：

  synchronized(map) {
      for (Map.Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {
          // 迭代操作
      }
  }
  

2. 使用 ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap 是 Java 并发包（java.util.concurrent）中的一个线程安全的 Map 实现。它采用了一种分段锁机制（在 JDK 1.8 中改进为 CAS 操作），可以在更高的并发级别下提供更好的性能。

示例代码：

import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

public class ConcurrentHashMapExample {
    private final ConcurrentHashMap<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();

    public void put(String key, String value) {
        map.put(key, value);
    }

    public String get(String key) {
        return map.get(key);
    }

    public static void main(String[] args) {
        ConcurrentHashMapExample example = new ConcurrentHashMapExample();
        example.put("key1", "value1");
        System.out.println(example.get("key1"));
    }
}

特点：

• ConcurrentHashMap 提供了更高的并发性能，因为它的操作在内部实现了分段锁或 CAS 操作。
• 大多数常用操作（如 put, get, remove）都能在 O(1) 时间复杂度内完成。

注：CAS的解释可以参照我的另一篇文章

CAS的定义及优缺点

3. 手动同步代码块

通过在访问 HashMap 时使用同步代码块来确保线程安全。这种方法可以更细粒度地控制同步，但需要小心设计以避免死锁和性能问题。

示例代码：

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class ManualSynchronizedMap {
    private final Map<String, String> map = new HashMap<>();

    public void put(String key, String value) {
        synchronized(map) {
            map.put(key, value);
        }
    }

    public String get(String key) {
        synchronized(map) {
            return map.get(key);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ManualSynchronizedMap example = new ManualSynchronizedMap();
        example.put("key1", "value1");
        System.out.println(example.get("key1"));
    }
}

注意：

• 需要手动管理同步代码块，这可能会增加代码复杂性和出错的风险。
• 确保在可能的地方释放锁，避免死锁。

4. 使用 ReadWriteLock

ReadWriteLock 提供了一种分离读锁和写锁的机制，这使得多个读线程可以并发访问，而写线程需要独占锁。这在读多写少的场景中特别有用。

示例代码：

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

public class ReadWriteLockMap<K, V> {
    private final Map<K, V> map = new HashMap<>();
    private final ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();

    public V put(K key, V value) {
        lock.writeLock().lock();
        try {
            return map.put(key, value);
        } finally {
            lock.writeLock().unlock();
        }
    }

    public V get(K key) {
        lock.readLock().lock();
        try {
            return map.get(key);
        } finally {
            lock.readLock().unlock();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ReadWriteLockMap<String, String> example = new ReadWriteLockMap<>();
        example.put("key1", "value1");
        System.out.println(example.get("key1"));
    }
}

特点：

• 读操作之间是并发的，写操作需要独占锁，适合读多写少的场景。
• 需要管理两种锁（读锁和写锁），代码相对复杂一些。

选择指南

• 高并发性能：ConcurrentHashMap 是最佳选择。
• 简单实现：Collections.synchronizedMap 适合简单的线程安全需求。
• 精细控制：手动同步代码块适合需要定制化同步逻辑的场景。
• 读多写少：ReadWriteLock 在这种场景下非常有效。

根据具体使用场景和性能需求，选择最合适的方法来确保 HashMap 的线程安全性。