【数据类型】ConcurrentHashMap分段锁实现高并发；与HashMap的区别

一、ConcurrentHashMap介绍

ConcurrentHashMap 是 Java 中的线程安全的哈希表实现，它提供了一种高效的并发访问机制，适用于多线程环境。下面是 ConcurrentHashMap 的一些特性和用法：

• 线程安全性： ConcurrentHashMap 提供了线程安全的操作。$多个线程可以同时读取和修改映射，而不会导致数据不一致或抛出并发修改异常$。
• 分段锁： ConcurrentHashMap 内部采用分段锁的机制，$将整个映射分成一系列独立的段，每个段拥有自己的锁。$这使得多个线程可以同时访问不同的段，提高了并发性。
• 并发度： 并发度是指 ConcurrentHashMap 中独立锁的个数。默认的并发度为 16，可以在构造方法中指定。更高的并发度可以提高并发性，但也会增加内存开销。
• 无锁读取： 读取操作不需要加锁，因此可以实现高效的并发读取。
• 原子性操作： ConcurrentHashMap 提供了一些原子性的操作方法，如 putIfAbsent、replace、remove 等。
• 迭代器弱一致性： ConcurrentHashMap 的迭代器是弱一致的，意味着在迭代过程中，其他线程可能会对映射进行修改，但迭代器不会抛出 ConcurrentModificationException 异常。

二、简单的示例：

import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

public class ConcurrentHashMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        ConcurrentHashMap<String, Integer> concurrentMap = new ConcurrentHashMap<>();

        concurrentMap.put("one", 1);
        concurrentMap.put("two", 2);
        concurrentMap.put("three", 3);

        // 并发安全的修改
        concurrentMap.compute("one", (key, value) -> value + 10);

        // 获取值
        System.out.println(concurrentMap.get("one")); // 输出 11

        // 遍历
        concurrentMap.forEach((key, value) -> System.out.println(key + ": " + value));
    }
}

在实际应用中，ConcurrentHashMap $通常用于需要高并发读写的场景，例如缓存、计数器等$。

三、与HashMap的区别

ConcurrentHashMap 和 HashMap 是 Java 集合框架中的两个不同的实现，它们之间有一些关键的区别：

1、并发性：

• HashMap 是非线程安全的。在多线程环境下，如果多个线程同时访问和修改 HashMap，可能导致不确定的结果，甚至可能导致数据损坏。
• ConcurrentHashMap 是线程安全的，通过分段锁的机制，它允许多个线程同时读取和写入映射，提高了并发性能。

2、锁机制：

• HashMap 没有提供内置的锁机制，需要外部进行同步控制。
• ConcurrentHashMap 使用分段锁（Segment ocks）的机制，将整个映射分成多个段，每个段都有一个独立的锁。这样在进行写操作时只需锁住对应的段，而不是整个映射。

3、读操作的性能：

• HashMap 在进行读操作时不需要获取锁，但在进行写操作时需要同步控制，可能导致读操作阻塞。
• ConcurrentHashMap 使用分段锁的方式，允许多个线程同时进行读操作，不会阻塞。

4、迭代器的弱一致性：

• HashMap 在迭代器遍历时，如果在迭代过程中有其他线程对集合进行了修改，可能会抛出
  ConcurrentModificationException 异常。
• ConcurrentHashMap 提供了弱一致性的迭代器，允许在迭代过程中对集合进行修改。

5、初始容量和负载因子：

• HashMap 默认的初始容量是16，负载因子为0.75。详情可参考【数据结构】哈希表详解，举例说明 java中的 HashMap
• ConcurrentHashMap 的初始容量和负载因子可以通过构造函数进行设置。

总的来说，ConcurrentHashMap 是为了在多线程环境中提供高效的并发访问而设计的，而 HashMap 则适用于单线程环境或者在多线程环境中使用外部同步机制的情况。选择使用哪个取决于具体的应用场景和性能需求。