不使用 putIfAbsent 的 ConcurrentHashMap 线程安全

Question

我试图澄清 HashMap 与 ConcurrentHashMap 的类型安全性和性能。我发现了很多不错的文章，但仍然很难弄清楚。

让我们使用 ConcurrentHashMap 进行以下示例，我将尝试为尚未存在的键添加值并返回它，新的做法是：

    private final Map<K,V> map = new ConcurrentHashMap<>();
    return map.putIfAbsent(k, new Object());

假设我们不想使用 putIfAbsent 方法，上面的代码应该是这样的：

    private final Map<K,V> map = new ConcurrentHashMap<>();
    synchronized (map) {
        V value = map.get(key); //Edit adding the value fetch inside synchronized block 
        if (!nonNull(value)) {
            map.put(key, new Object());
        }
    }
    return map.get(key)

这种方法的问题是整个映射被锁定，而在第一种方法中 putIfAbsent 方法仅在密钥哈希所在的存储桶上同步，从而导致性能下降？第二种方法只使用 HashMap 可以正常工作吗？

Answer 1

这种方法的问题是整个地图都被锁定了

这种方法有两个问题。

这不是内在的

您已获得map 引用上的锁这一事实对任何其他代码（尝试）获得此锁的影响为零。至关重要的是，ConcurrentHashmap 本身不会获取此锁。

因此，如果在第二个 sn-p（同步）期间，其他线程执行此操作：

map.putIfAbsent(key, new Object());

然后，您的 map.get(key) 调用可能会返回 null，但您的后续 map.put 调用最终会被覆盖。换句话说，您的线程和运行 putIfAbsent 的假设线程都决定编写。

大概，如果这在你的书中很好，那会很奇怪。为什么首先使用putIfAbsent 和check if map.get returns null？

其他线程是否这样做了：

synchronized (map) {
  map.putIfAbsent(key, new Object());
}

那么就没有问题了；要么您的 get-check-if-null-then-set 代码将设置并且 putIfAbsent 调用是一个 noop，反之亦然，但它们不可能同时“决定编写”。

这导致我们；

这是没有意义的

有两种不同的方式来实现地图的并发性：内部和外部。两者都做是零点，它们不会相互作用。

如果你有一个结构，all 访问（读取和写入）来自一个普通的、完全不支持多核的 java.util.HashMap 会通过一些共享锁（hashmap 实例本身或任何其他锁，只要与该特定地图实例交互的所有线程都使用相同的线程），那么工作正常，因此没有理由或指向使用ConcurrentHashMap。

ConcurrentHashMap 的重点是在不使用外部锁定的情况下简化并发进程：让地图进行锁定。

您想要这样做的原因之一是 ConcurrentHashMap impl 在其能够完成的工作上明显更快；这些工作都明确说明：这是 ConcurrentHashMap 拥有的方法。

原子性

您的代码 sn-p 的核心问题是它缺乏原子性。 Check-then-act 在并发模型中从根本上被破坏（在您的情况下：Check：键 'k' 是否与无值或 null 关联？然后 Act：设置键“k”到值“v”的映射）。这是坏的，因为如果你检查的东西在两者之间发生了变化怎么办？如果您有两个线程同时“检查并执行”然后同时运行怎么办？然后他们都先检查，然后都先行动，随后发生了破坏：两个线程之一将作用于与您检查时的状态不相等的状态，即表示您的支票已损坏。

正确的模型是act-then-check：先行动，然后检查操作的结果。当然，这需要重新定义并将您在 sn-p 中明确编写的代码集成到您的“行动”阶段的定义中。

换句话说，putIfAbsent 不是方便的方法！是基本操作！这是传达以下概念的唯一方法（没有外部锁定）：“执行将 'v' 与 'k' 关联的操作，但前提是还没有关联。接下来我将检查此操作的结果” .无法将其分解为 if (!map.containsKey(key)) map.put(key, v);，因为 check-then-act 在并发建模中不起作用。

结论

要么去掉concurrenthashmap，要么去掉synchronized。使用两者的代码可能会损坏，即使没有，也容易出错，令人困惑，我可以向您保证有更好的编写方法（更好的是它更惯用，更易于阅读，更灵活面对未来的变更请求，更容易测试，并且不太可能出现难以测试的错误）。

如果您可以按照 CHM 的方法说明您需要 100% 执行的所有操作，那么请执行此操作，因为 CHM 非常出色。它甚至具有任意操作的机制：例如，与基本的 hashmap 不同，即使其他线程也在搞乱它，您也可以遍历 CHM，而对于普通的 hashmap，您需要在 整个持续时间 操作，这意味着任何其他试图对该哈希图做任何事情的线程，即使只是“询问它的大小”，都需要等待。因此，对于大多数用例，CHM 会带来数量级的性能提升。

Answer 2

在第一种方法中，putIfAbsent 方法仅在存储桶上同步

这是不正确的，ConcurrentHashMap 不同步任何东西，它使用不同的机制来确保线程安全。

仅使用 HashMap 就可以使用第二种方法吗？

是的，除了第二种方法有缺陷。如果使用同步使Map 线程安全，那么Map 的所有访问都应使用同步。因此，最好致电Collections.synchronizedMap(map)。性能会比使用ConcurrentHashMap 差。

private final Map<Integer, Object> map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());

假设我们不想使用putIfAbsent 方法。

为什么？哦，因为如果 key 已经在 map 中会浪费分配，这就是为什么我们应该使用 computeIfAbsent() 来代替

map.computeIfAbsent(key, k -> new Object());