最小化 JDK8 ConcurrentHashMap 检查和设置操作的锁定范围

Question

1.

我有多个线程更新 ConcurrentHashMap。 每个线程根据键将整数列表附加到映射条目的值。 没有任何线程的删除操作。

这里的重点是我想尽可能减少锁定和同步的范围。

我看到 computeIf...() 方法的文档说“在计算过程中，其他线程在此映射上的一些尝试更新操作可能会被阻止”，这并不令人鼓舞。另一方面，当我查看它的源代码时，我没有观察到它在整个地图上锁定/同步的位置。

因此，我想知道使用 computeIf...() 和以下本土“方法 2”的理论性能比较。

2.

另外，我觉得我在这里描述的问题可能是您可以在 ConcurrentHashMap 上执行的最简化的 check-n-set（或通常是“复合”）操作之一。

但我不太自信，找不到太多指导关于如何在 ConcurrentHashMap 上执行这种简单的复合操作，无需在整个地图上锁定/同步。

因此，我们将不胜感激任何一般性的良好实践建议。

public void myConcurrentHashMapTest1() {

    ConcurrentHashMap<String, List<Integer>> myMap = new ConcurrentHashMap<String, List<Integer>>();

    // MAP KEY: a Word found by a thread on a page of a book 
    String myKey = "word1";

    // -- Method 1: 
    // Step 1.1 first, try to use computeIfPresent(). doc says it may lock the
    //      entire myMap. 
    myMap.computeIfPresent(myKey, (key,val) -> val.addAll(getMyVals()));
    // Step 1.2 then use computeIfAbsent(). Again, doc says it may lock the
    //      entire myMap. 
    myMap.computeIfAbsent(myKey, key -> getMyVals());    
}

public void myConcurrentHashMapTest2() {        
    // -- Method 2: home-grown lock splitting (kind of). Will it theoretically 
    //      perform better? 

    // Step 2.1: TRY to directly put an empty list for the key
    //      This may have no effect if the key is already present in the map
    List<Integer> myEmptyList = new ArrayList<Integer>();
    myMap.putIfAbsent(myKey, myEmptyList);

    // Step 2.2: By now, we should have the key present in the map
    //      ASSUMPTION: no thread does removal 
    List<Integer> listInMap = myMap.get(myKey);

    // Step 2.3: Synchronize on that list, append all the values 
    synchronized(listInMap){
        listInMap.addAll(getMyVals());
    }

}

public List<Integer> getMyVals(){
    // MAP VALUE: e.g. Page Indices where word is found (by a thread)
    List<Integer> myValList = new ArrayList<Integer>(); 
    myValList.add(1);
    myValList.add(2);

    return myValList;
}

Answer 1

您的假设是基于对 Javadoc 的误解（按预期使用 ConcurrentHashMap 对您来说太慢了）。 Javadoc 没有说明整个地图都将被锁定。它也没有说明每个computeIfAbsent() 操作都执行悲观锁定。

实际上可以锁定的是一个 bin（也称为存储桶），它对应于 ConcurrentHashMap 的内部数组支持中的单个元素。请注意，这不是 Java 7 的包含多个存储桶的地图段。当这样的 bin 被锁定时，可能被阻止的操作只是对哈希到同一 bin 的键的更新。

另一方面，您的解决方案并不意味着避免 ConcurrentHashMap 内的所有内部锁定 - computeIfAbsent() 只是在更新时可以降级为使用 synchronized 块的方法之一。即使是putIfAbsent()，您最初使用它为某个键放置一个空列表，如果它没有击中一个空的垃圾箱，它也会被阻止。

更糟糕的是，您的解决方案不能保证您的synchronized 批量更新的可见性。您可以保证 get() happens-before 和 putIfAbsent() 它观察到的值，但是在您的批量更新和随后的 get() 之间没有 happens-before .

附：您可以在其 OpenJDK 实现中进一步了解 ConcurrentHashMap 中的锁定：http://hg.openjdk.java.net/jdk8/jdk8/jdk/file/687fd7c7986d/src/share/classes/java/util/concurrent/ConcurrentHashMap.java，第 313-352 行。

Answer 2

正如explained by Dimitar Dimitrov 一样，compute… 方法通常不会锁定整个地图。在最好的情况下，即不需要增加容量并且没有哈希冲突，只有单个键的映射被锁定。

但是，您仍然可以做得更好：

• 通常，避免执行多次查找。这适用于两种变体，使用computeIfPresent 后跟computeIfAbsent，以及使用putIfAbsent 后跟get
• 仍然建议尽量减少在持有锁时执行的代码，即不要在持有锁时调用getMyVals()，因为它不依赖于地图的状态

把它放在一起，更新应该是这样的：

// compute without holding a lock
List<Integer> toAdd=getMyVals();
// update the map
myMap.compute(myKey, (key,val) -> {
    if(val==null) val=toAdd; else val.addAll(toAdd);
    return val;
});

或

// compute without holding a lock
List<Integer> toAdd=getMyVals();
// update the map
myMap.merge(myKey, toAdd, (a,b) -> { a.addAll(b); return a; });

可以简化为

myMap.merge(myKey, getMyVals(), (a,b) -> { a.addAll(b); return a; });