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本節介紹一個常用的併發容器 - ConcurrentHashMap，它是HashMap的併發版本，與HashMap相比，它有如下特點：
- 併發安全
- 直接支援一些原子複合操作
- 支援高併發、讀操作完全並行、寫操作支援一定程度的並行
- 與同步容器Collections.synchronizedMap相比，迭代不用加鎖，不會丟擲ConcurrentModificationException
- 弱一致性
我們分別來看下。
併發安全
我們知道，HashMap不是併發安全的，在併發更新的情況下，HashMap的連結串列結構可能形成環，出現死迴圈，佔滿CPU，我們看個例子：
public static void unsafeConcurrentUpdate() {
final Map<Integer, Integer> map = new HashMap<>();
for (int i = 0; i < 100; i++) {
Thread t = new Thread() {
Random rnd = new Random();
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
map.put(rnd.nextInt(), 1);
}
}
};
t.start();
}
}
複製程式碼執行上面的程式碼，在我的機器上，每次都會出現死迴圈，佔滿CPU。
為什麼會出現死迴圈呢？死迴圈出現在多個執行緒同時擴容雜湊表的時候，不是同時更新一個連結串列的時候，那種情況可能會出現更新丟失，但不會死迴圈，具體過程比較複雜，我們就不解釋了，感興趣的讀者可以參考這篇文章，http://coolshell.cn/articles/9606.html。
使用Collections.synchronizedMap方法可以生成一個同步容器，避免該問題，替換第一行程式碼即可：
final Map<Integer, Integer> map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<Integer, Integer>());
複製程式碼在Java中，HashMap還有一個同步版本Hashtable，它與使用synchronizedMap生成的Map基本是一樣的，也是在每個方法呼叫上加了synchronized，我們就不贅述了。
同步容器有幾個問題：
- 每個方法都需要同步，支援的併發度比較低
- 對於迭代和複合操作，需要呼叫方加鎖，使用比較麻煩，且容易忘記
ConcurrentHashMap沒有這些問題，它同樣實現了Map介面，也是基於雜湊表實現的，上面的程式碼替換第一行即可：
final Map<Integer, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();
複製程式碼原子複合操作
除了Map介面，ConcurrentHashMap還實現了一個介面ConcurrentMap，介面定義了一些條件更新操作，具體定義為：
public interface ConcurrentMap<K, V> extends Map<K, V> {
//條件更新，如果Map中沒有key，設定key為value，返回原來key對應的值，如果沒有，返回null
V putIfAbsent(K key, V value);
//條件刪除，如果Map中有key，且對應的值為value，則刪除，如果刪除了，返回true，否則false
boolean remove(Object key, Object value);
//條件替換，如果Map中有key，且對應的值為oldValue，則替換為newValue，如果替換了，返回ture，否則false
boolean replace(K key, V oldValue, V newValue);
//條件替換，如果Map中有key，則替換值為value，返回原來key對應的值，如果原來沒有，返回null
V replace(K key, V value);
}
複製程式碼如果使用同步容器，呼叫方必須加鎖，而ConcurrentMap將它們實現為了原子操作。實際上，使用ConcurrentMap，呼叫方也沒有辦法進行加鎖，它沒有暴露鎖介面，也不使用synchronized。
高併發
ConcurrentHashMap是為高併發設計的，它是怎麼做的呢？具體實現比較複雜，我們簡要介紹其思路，主要有兩點：
- 分段鎖
- 讀不需要鎖
同步容器使用synchronized，所有方法，競爭同一個鎖，而ConcurrentHashMap採用分段鎖技術，將資料分為多個段，而每個段有一個獨立的鎖，每一個段相當於一個獨立的雜湊表，分段的依據也是雜湊值，無論是儲存鍵值對還是根據鍵查詢，都先根據鍵的雜湊值對映到段，再在段對應的雜湊表上進行操作。
採用分段鎖，可以大大提高併發度，多個段之間可以並行讀寫。預設情況下，段是16個，不過，這個數字可以通過構造方法進行設定，如下所示：
public ConcurrentHashMap(int initialCapacity, float loadFactor, int concurrencyLevel)
複製程式碼concurrencyLevel表示估計的並行更新的執行緒個數，ConcurrentHashMap會將該數轉換為2的整數次冪，比如14轉換為16，25轉換為32。
在對每個段的資料進行讀寫時，ConcurrentHashMap也不是簡單的使用鎖進行同步，內部使用了CAS、對一些寫採用原子方式，實現比較複雜，我們就不介紹了，實現的效果是，對於寫操作，需要獲取鎖，不能並行，但是讀操作可以，多個讀可以並行，寫的同時也可以讀，這使得ConcurrentHashMap的並行度遠遠大於同步容器。
迭代
我們在66節介紹過，使用同步容器，在迭代中需要加鎖，否則可能會丟擲ConcurrentModificationException。ConcurrentHashMap沒有這個問題，在迭代器建立後，在迭代過程中，如果另一個執行緒對容器進行了修改，迭代會繼續，不會丟擲異常。
問題是，迭代會反映別的執行緒的修改？還是像上節介紹的CopyOnWriteArrayList一樣，反映的是建立時的副本？答案是，都不是！我們看個例子：
public class ConcurrentHashMapIteratorDemo {
public static void test() {
final ConcurrentHashMap<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();
map.put("a", "abstract");
map.put("b", "basic");
Thread t1 = new Thread() {
@Override
public void run() {
for (Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
}
System.out.println(entry.getKey() + "," + entry.getValue());
}
}
};
t1.start();
// 確保執行緒t1啟動
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
}
map.put("c", "call");
}
public static void main(String[] args) {
test();
}
}
複製程式碼t1啟動後，建立迭代器，但在迭代輸出每個元素前，先睡眠1秒鐘，主執行緒啟動t1後，先睡眠一下，確保t1先執行，然後給map增加了一個元素，程式輸出為：
a,abstract
b,basic
c,call
複製程式碼說明，迭代器反映了最新的更新，但我們將新增語句更改為：
map.put("g", "call");
複製程式碼你會發現，程式輸出為：
a,abstract
b,basic
複製程式碼這說明，迭代器沒有反映最新的更新，這是怎麼回事呢？我們需要理解ConcurrentHashMap的弱一致性。
弱一致性
ConcurrentHashMap的迭代器建立後，就會按照雜湊表結構遍歷每個元素，但在遍歷過程中，內部元素可能會發生變化，如果變化發生在已遍歷過的部分，迭代器就不會反映出來，而如果變化發生在未遍歷過的部分，迭代器就會發現並反映出來，這就是弱一致性。
類似的情況還會出現在ConcurrentHashMap的另一個方法：
//批量新增m中的鍵值對到當前Map
public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m)
複製程式碼該方法並非原子操作，而是呼叫put方法逐個元素進行新增的，在該方法沒有結束的時候，部分修改效果就會體現出來。
小結
本節介紹了ConcurrentHashMap，它是併發版的HashMap，通過分段鎖和其他技術實現了高併發，支援原子條件更新操作，不會丟擲ConcurrentModificationException，實現了弱一致性。
Java中沒有併發版的HashSet，但可以通過Collections.newSetFromMap方法基於ConcurrentHashMap構建一個。
我們知道HashMap/HashSet基於雜湊，不能對元素排序，對應的可排序的容器類是TreeMap/TreeSet，併發包中可排序的對應版本不是基於樹，而是基於Skip List（跳躍表）的，類分別是ConcurrentSkipListMap和ConcurrentSkipListSet，它們到底是什麼呢？
(與其他章節一樣，本節所有程式碼位於 github.com/swiftma/pro…)
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