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Java并发编程中的线程安全容器与Map

P粉602998670

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发布时间:2026-01-07 15:39:08

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来源于php中文网

原创

ConcurrentHashMap 比 Hashtable 更常用,因其采用分段锁(JDK 7)或 CAS + synchronized(JDK 8+)实现桶级锁定,避免全表锁瓶颈;但 size() 非原子、不支持 null、computeXXX 方法需防死锁与阻塞。

java并发编程中的线程安全容器与map

ConcurrentHashMap 为什么比 Hashtable 更常用

因为 ConcurrentHashMap 在保证线程安全的同时,避免了 Hashtable 全表锁的性能瓶颈。它采用分段锁(JDK 7)或 CAS + synchronized(JDK 8+)策略,只锁定桶(bin)级节点,允许多个线程并发读写不同段。

常见误用:把 ConcurrentHashMap 当作“完全无锁”容器——实际在扩容、computeIfAbsent 或迭代过程中仍可能阻塞部分线程。

  • putget 基本是无锁的(JDK 8+),但 size() 不是原子操作,返回的是估算值;如需精确计数,改用 mappingCount()
  • 不支持 null 作为 key 或 value,否则抛 NullPointerException;而 HashMap 允许一个 null key
  • 迭代器弱一致性:遍历时允许其他线程修改,不会抛 ConcurrentModificationException,但可能漏掉刚插入的元素,也不会反映删除后的状态

什么时候该用 Collections.synchronizedMap

仅当已有 HashMap 实例且改造成本低、并发度不高(如配置缓存、单写多读场景)、又不想引入新依赖时才考虑。它本质是对所有 public 方法加同一把 mutex 锁,等价于手动同步整个 map 实例。

典型陷阱:以为包装后就“线程安全”,却在外部做复合操作(如先 containsKeyput)——这仍是竞态条件。

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  • 必须显式同步整个操作块:
     synchronized (syncMap) {
        if (!syncMap.containsKey(key)) {
            syncMap.put(key, value);
        }
    }
  • 迭代必须手动同步:
     synchronized (syncMap) {
        for (Map.Entry e : syncMap.entrySet()) {
            // ...
        }
    }
  • 相比 ConcurrentHashMap,吞吐量在高并发下明显下降,尤其写多场景

CopyOnWriteArrayList 适合 Map 吗?

不适合。Java 没有 CopyOnWriteMap 标准实现,也不推荐自己封装。因为 CopyOnWrite 的核心代价是每次写都复制整个底层数组,对键值对集合来说内存和 CPU 开销过大,且无法保证 key-value 关联的原子性。

如果真需要类似语义(读极多、写极少、容忍短暂不一致),可考虑:

  • volatile 引用指向不可变 Map(如 Map.copyOf(map)ImmutableMap
  • 读取时直接访问 volatile 引用;写入时重建新 map 并原子更新引用
  • 注意:这种模式下,写操作不是线程安全的,需额外同步写入口

ConcurrentHashMap 的 computeXXX 方法怎么避坑

computeIfAbsentcomputeIfPresent 等方法看似方便,但容易因函数副作用或阻塞导致死锁或性能恶化——它们在持有内部锁期间执行传入的 remappingFunction

  • 禁止在 lambda 中调用本 map 的其他修改方法(如再调 put),可能引发死锁
  • 避免耗时操作(如 IO、远程调用),否则会拖慢整个桶的写入,影响并发度
  • 若计算逻辑可能抛异常,需确保异常处理得当;未捕获异常会导致本次操作失败,且锁会被释放,但 map 状态不变
  • 示例安全用法:
    map.computeIfAbsent(key, k -> {
        // 快速构造新值,不访问 map 自身
        return new ExpensiveObject(k);
    });
真正难处理的从来不是“选哪个容器”,而是复合操作的原子性边界——比如“检查存在性 + 更新值 + 记录日志”这一串动作,无论用哪种 map,都得靠外层同步或事务机制兜底。

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