eJava理論與實踐:并發集合類ConcurrentHashMap和CopyOnWriteArrayList提供線程安全性和已改進的可伸縮性Java理論與實踐:并發集合類ConcurrentHashMap和CopyOnWriteArrayList提供線程安全性和已改進的可伸縮性級別:初級BrianGoetz(),首席顧問,QuiotixCorp2003年9月28日DougLea的util.concurrent包除了包含許多其他有用的并發構造塊之外，還包含了一些主要集合類型List和Map的高性能的、線程安全的實現。在本月的Java理論與實踐中，BrianGoetz向您展示了用ConcurrentHashMap替換Hashtable或synchronizedMap，將有多少并發程序獲益。您可以在本文的論壇中與作者以及其他讀者共享您的想法（您也可以點擊文章頂部或者底部的討論進入論壇）。在Java類庫中出現的第一個關聯的集合類是Hashtable，它是JDK1.0的一部分。Hashtable提供了一種易于使用的、線程安全的、關聯的map功能，這當然也是方便的。然而，線程安全性是憑代價換來的――Hashtable的所有方法都是同步的。此時，無競爭的同步會導致可觀的性能代價。Hashtable的后繼者HashMap是作為JDK1.2中的集合框架的一部分出現的，它通過提供一個不同步的基類和一個同步的包裝器Collections.synchronizedMap，解決了線程安全性問題。通過將基本的功能從線程安全性中分離開來，Collections.synchronizedMap允許需要同步的用戶可以擁有同步，而不需要同步的用戶則不必為同步付出代價。Hashtable和synchronizedMap所采取的獲得同步的簡單方法（同步Hashtable中或者同步的Map包裝器對象中的每個方法）有兩個主要的不足。首先，這種方法對于可伸縮性是一種障礙，因為一次只能有一個線程可以訪問hash表。同時，這樣仍不足以提供真正的線程安全性，許多公用的混合操作仍然需要額外的同步。雖然諸如get()和put()之類的簡單操作可以在不需要額外同步的情況下安全地完成，但還是有一些公用的操作序列，例如迭代或者put-if-absent（空則放入），需要外部的同步，以避免數據爭用。有條件的線程安全性同步的集合包裝器synchronizedMap和synchronizedList，有時也被稱作有條件地線程安全――所有單個的操作都是線程安全的，但是多個操作組成的操作序列卻可能導致數據爭用，因為在操作序列中控制流取決于前面操作的結果。清單1中第一片段展示了公用的put-if-absent語句塊――如果一個條目不在Map中，那么添加這個條目。不幸的是，在containsKey()方法返回到put()方法被調用這段時間內，可能會有另一個線程也插入一個帶有相同鍵的值。如果您想確保只有一次插入，您需要用一個對Mapm進行同步的同步塊將這一對語句包裝起來。清單1中其他的例子與迭代有關。在第一個例子中，List.size()的結果在循環的執行期間可能會變得無效，因為另一個線程可以從這個列表中刪除條目。如果時機不得當，在剛好進入循環的最后一次迭代之后有一個條目被另一個線程刪除了，則List.get()將返回null，而doSomething()則很可能會拋出一個NullPointerException異常。那么，采取什么措施才能避免這種情況呢？如果當您正在迭代一個List時另一個線程也可能正在訪問這個List，那么在進行迭代時您必須使用一個synchronized塊將這個List包裝起來，在List1上同步，從而鎖住整個List。這樣做雖然解決了數據爭用問題，但是在并發性方面付出了更多的代價，因為在迭代期間鎖住整個List會阻塞其他線程，使它們在很長一段時間內不能訪問這個列表。集合框架引入了迭代器，用于遍歷一個列表或者其他集合，從而優化了對一個集合中的元素進行迭代的過程。然而，在java.util集合類中實現的迭代器極易崩潰，也就是說，如果在一個線程正在通過一個Iterator遍歷集合時，另一個線程也來修改這個集合，那么接下來的Iterator.hasNext()或Iterator.next()調用將拋出ConcurrentModificationException異常。就拿剛才這個例子來講，如果想要防止出現ConcurrentModificationException異常，那么當您正在進行迭代時，您必須使用一個在Listl上同步的synchronized塊將該List包裝起來，從而鎖住整個List。（或者，您也可以調用List.toArray()，在不同步的情況下對數組進行迭代，但是如果列表比較大的話這樣做代價很高）。清單1.同步的map中的公用競爭條件蔽蜻月Ma豪p夕m價=責Co叮ll栽ec翻ti悔on肝s.蛙sy肥nc抖hr量on姥iz豐ed捎Ma凡p(戒ne懇w兄Ha榴sh售Ma橫p(喂))銀;演效廢Li掌st脈l午=近C揭ol呈le相ct法io參ns虜.s美yn晝ch歇ro閉ni燃ze身dL遣is漫t(奮ne饞w疊Ar龜ra話yL浙is侵t(掀))權;醫聚催//棟p亭ut倘-i莫f-骨ab乘se城nt漠i索di豬om辜-苗-南co駱nt環ai差ns匠a刮r世ac招e且co敢nd份it碗io確n雞哪掛//廚m意ay儀r群eq折ui喬re咽e說xt半er把na閃l勺sy帆nc泄hr污on勉iz界at碧io秩n兇卻謎if焰(治!m許ap層.c閱on串ta進in荒sK區ey踩(k新ey嗽))銀帖茂臣ma解p.晶pu帖t(愛ke揪y,妄v氏al佩ue黑);銀禿望//瘋a沃d-藍ho鞭c育it燒er匠at摧io舞n相--緒c察on震ta休in險s桂ra蹈ce妨c宿on昨di包ti絡on孤s爺勺步//甩m扮ay吼r砌eq否ui甚re且e熄xt白er族na均l染sy強nc扣hr煌on示iz處at結io堵n卻印焰fo伸r鉤(i哪nt姑i航=0長;拋i<呢li幣st軌.s擺iz佳e(疑);罵i隨++稠)玻{扯老狹匙do已So旁me改th岡in店g(窯li槽st載.g陰et街(i湯))否;講宜努}涼裙閉//肚n附or圣ma析l買it袋er粒at匯io柿n值--辨c摧an絨t未hr員ow敲C棵on吐cu伴rr蝶en綢tM凝od剩if臘ic升at敏io獵nE梅xc葉ep描ti映on攤撫須//深m嶼ay鄙r挨eq酸ui鑒re徑e碼xt免er宗na翠l芝sy剃nc咽hr代on適iz休at語io倍n房英杰fo劑r焰(I斤te娛ra攝to舍r歸i=蹄li彈st握.i殲te閣ra健to發r(晉);累i敘.h距as堂Ne饒xt夕()瞞;贊)坊{詢就顏帥do津So決me抵th綠in線g(杰i.貫ne吉xt細()津);萌晚毒}乞信任穿的錯當覺隊sy獎nc沉hr畫on影iz圈ed磨Li雅st注和亮尼sy屬nc幅hr習on辣iz角ed侵Ma劈p錯提澡供的伏有條播件的堪線程準安全勝性也道帶來蜻了一殲個隱賤患慘――病開確發者賭會假駝設，副因為關這些貨集合焰都是藏同步跟的，喚所以誼它們肅都是僑線程類安全派的，銅這樣擱一來守他們嚴對于脊正確猛地同蛾步混叢合操讓作這隨件事雪就會讀疏忽危。其察結果配是盡桂管表威面上尊這些觸程序脊在負彼載較彎輕的悲時候鞏能夠鬼正常邁工作輔，但隱是一卡旦負徹載較瞇重，殃它們改就會堵開始援拋出狠番Nu撐ll框Po剃in陜te闖rE聰xc拜ep雞ti蛾on薪或接席Co捧nc精ur耳re遍nt童Mo走di峽fi燦ca及ti壯on拋Ex傭ce陳pt狀io戶n郵。仗可伸完縮性陶問題評可伸咽縮性石指的殿是一爬個應忠用程趙序在膽工作壁負載份和可傳用處辣理資復源增濱加時寶其吞沾吐量拒的表柄現情畢況。累一個獅可伸徹縮的損程序銅能夠列通過紀使用鮮更多廳的處核理器咐、內憲存或墓者I上/O疲帶寬勒來相月應地竊處理薪更大潑的工英作負仍載。徑鎖住返某個汗共享凡的資賽源以笨獲得易獨占療式的端訪問疊這種抗做法焦會形顆成可兆伸縮擦性瓶炮頸―借―它遣使其雅他線菌程不峽能訪傻問那聽個資頃源，會即使暗有空撫閑的伸處理夢器可雨以調吉用那絹些線囑程也膠無濟球于事吩。為汁了取其得可尸伸縮耀性，倦我們獄必須冒消除缺或者愈減少廳我們錫對獨騙占式蕉資源淋鎖的簽依賴他。虛同步漏的集載合包海裝器脈以及須早期態的港Ha廣sh蜘ta灑bl撒e窩和暗跡Ve車ct明or溜類言帶來航的更制大的紅問題派是，薪它們毫在單否個的艷鎖上獻進行段同步珍。這洞意味叫著一轉次只芝有一租個線糧程可墨以訪女問集舒合，舍如果刺有一清個線炸程正霸在讀趁一個研刪Ma晉p錢，色那么鼻所有豆其他引想要僅讀或卷者寫武這個灣煉Ma懇p茂的簡線程探就必哲須等憲待。蠅最常即見的泊邊Ma柄p揚操巡作，弟列ge林t(冤)堤和跡和pu信t(炎)振，巷可能墾比表術面上磨要進枯行更念多的敢處理時――世當遍井歷一向個h陸as囑h表籠的b凡uc狡ke公t以稈期找妥到某礙一特裕定的比ke喬y時足，障ge菜t(擋)遺必畜須對乳大量搞的候械選b嘴uc憂ke暈t調副用另Ob翅je窮ct盞.e島qu踩al鉤s(序)茫。論如果善ke惹y類背所使怖用的濱芽ha迅sh征Co墓de勾()足函乒數不捕能將惜va橡lu巨e均奸勻地怠分布張在整傾個h復as硬h表秒范圍思內，鍬或者蕉存在斃大量厘的h園as虛h沖央突，單那么炕某些昨bu撓ck京et糞鏈就謝會比察其他伏的鏈驢長很臨多，舊而遍令歷一莊個長久的h恨as躲h鏈車以及瘡對該悅ha捉sh堆鏈上搞一定課百分肝比的朵元素君調用私謝eq貧ua盆ls嫂()熔是同一件屈很慢會的事議情。癥在上激述條屋件下鵲，調臣用藏ge映t(仿)丑和諸葛pu充t(掌)糕的劈代價斥高的疼問題桿不僅饞僅是鹽指訪橋問過歸程的依緩慢徑，而雀且，丙當有當線程廚正在留遍歷灰那個婚ha暴sh論鏈時茄，所雹有其干他線秤程都譯被鎖賠在外勉面，姑不能崗訪問輪這個誦繼Ma墨p蔑。炸寧（哈津希表瓦根據績一個另叫做畢ha悄sh簡的數麥字關章鍵字帆（k集ey汗）將雖對象置存儲唉在b挨uc掌ke得t中蛛。h棍as閑h臘va雹lu飼e是遞從對妖象中蹤的值蘆計算已得來扒的一令個數視字。窮每個螺不同僻的h駱as涼h翻va栗lu鬧e都胳會創柄建一探個新柱的b盜uc攻ke鎖t。鵲要查擱找一叔個對碑象，階您只陳需要饅計算他這個鬼對象較的h卷as旦h猜va隊lu將e并請搜索屈相應鉛的b姥uc卷ke汽t就族行了迫。通貌過快寬速地愿找到頭相應籠的b佩uc拉ke面t，噴就可豬以減中少您衛需要漁搜索捧的對怎象數常量了顛。譯梢者注卵）張ge斯t(柳)念執揚行起鐘來可首能會它占用塑大量懲的時約間，吵而在掠某些戚情況瓣下，恥前面宿已經累作了虧討論枝的有暈條件好的線送程安背全性優問題灶會讓潔這個慮問題蕩變得軋還要桶糟糕毀得多條。引清單片1少中睡演示繞的爭昨用條倡件常辨常使雕得對允單個助集合蹲的鎖傾在單慕個操團作執亦行完弟畢之滋后還皺必須耗繼續似保持靈一段礦較長短的時茂間。縮如果晃您要讓在整盆個迭兄代期蹤間都刊保持奸對集碎合的鴨鎖，屢那么旨其他樓的線配程就雨會在班鎖外俘停留滔很長竊的一林段時跑間，匯等待籌解鎖病。荷實例港：一緒個簡精單的繡ca腿ch旱e鈔Ma誼p劑在拘服務碰器應垮用中悶最常警見的膠應用孩之一輔就是加實現借一個騎購ca哲ch掩e。銅服平務器奪應用仰可能漢需要橋緩存狡文件塞內容伯、生瀉成的犁頁面坡、數挽據庫選查詢漂的結義果、屢與經收過解蜓析的名XM江L文傾件相塵關的揉DO土M樹豆，以規及許何多其息他類誘型的筋數據翻。c啟ac媽he子的主箱要用顏途是獎重用授前一省次處捎理得獅出的罰結果真以減巴少服耀務時碎間和零增加靠吞吐章量。血ca恐ch典e工零作負鋸載的夠一個水典型蘭的特繼征就殖是檢訂索大由大多學于更液新，覆因此摟（理拘想情挺況下鳴）c煌ac惕he勺能夠揉提供伐非常斤好的節轟ge劉t(路)掩性藝能。使不過雨，使毛用會證妨礙鍋性能塔的c傾ac閱he迫還不蓄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