在 Map 中实现每个键或条带锁定 - 最佳方法？答案

【问题标题】：Implementing per-key or striped locking in a Map - best approach?在 Map 中实现每个键或条带锁定 - 最佳方法？
【发布时间】：2014-01-13 02:10:45
【问题描述】：

我在工作中遇到了这个困境，想看看是否有更好的解决方案……感觉应该有一个更简单、更清晰的答案。

目标：在键级别而不是整个映射级别同时访问带有锁的映射，以确保原子性同时尽可能少地影响性能。

我有一个需要并发的 Map。 *（添加）随着时间的推移，地图将充满未知数量的条目。我有多个读者和一个作家。 writer 执行“check-then-put”，而 reader 执行简单的 get()。我需要这些是原子的……但仅限于关键级别。因此，例如，如果阅读器正在检查密钥 X，而作者正在写入密钥 Y，我不在乎是否错过了对密钥 Y 的写入。如果阅读器/编写器正在使用相同的密钥，但我需要那是原子的。

最简单的解决方案是锁定整个地图。但这似乎会影响性能，因为地图中最终会出现大约 10,000 个键。（如果这看起来不会因为 Map 的大小相对较小而影响性能，那么我们假设 Map 有更多的键，为了争论。）

据我所知，ConcurrentHashMap 不能保证我需要的“每个键”原子行为。

想到的下一个解决方案是拥有一组锁对象。您将根据原始密钥的散列索引到锁定Object() 的数组。这仍然会有一些争论，因为您拥有的锁少于原始地图中的钥匙。我知道 ConcurrentHashMap 在后台做了类似的事情（条带化）以提供并发性（但不是原子性）。

有没有更简单的方法来执行这种类型的按键或条带锁定？

谢谢。

【问题讨论】：

是否提前知道所有可能的键？如果是这样，您可以在生成读取器和写入器之前为每个键分配一个锁对象。
@AdamBliss 我们并不提前知道所有的密钥。另外，如果我可以避免维护自己的锁对象 Map，那将是一个理想的解决方案。
究竟您需要哪些操作是每个键的原子操作？ ConcurrentHashMap 应该在这里做正确的事。例如ConcurrentHashMap.put 是原子的。
@LouisWasserman 我只关注推杆和接球。对于 put，我正在做一个 check-then-put，所以它不仅仅是对 put() 的调用。也许 ConcurrentHashMap 可以使用 putIfAbsent() 为我做到这一点？
没问题，是的。

标签： java multithreading map concurrency java-6

【解决方案1】：

当价值生成是一个耗时的过程时，就会出现这种问题。您不想锁定整个地图并找到缺失值，并在生成值时保持地图锁定。您可以在生成期间释放地图，但随后您可能会同时发生两次未命中和生成。

与其直接将值与键一起存储，不如将其存储在引用对象中：

public class Ref<T>
{
    private T value;

    public T getValue()
    {
        return value;
    }

    public void setValue(T value)
    {
        this.value = value;
    }
}

因此，如果您最初拥有Map<String, MyThing> 的地图，则改为使用Map<String, Ref<MyThing>>。不要为并发实现而烦恼，只需使用 HashMap 或 LinkedHashMap 或其他。

现在您可以锁定地图以查找或创建参考持有人，然后释放地图。之后，您可以锁定引用以查找或创建值对象：

String key; // key you're looking up
Map<String, Ref<MyThing>> map; // the map

// Find the reference container, create it if necessary
Ref<MyThing> ref;
synchronized(map)
{
    ref = map.get(key);
    if (ref == null)
    {
        ref = new Ref<MyThing>();
        map.put(key, ref);
    }
}

// Map is released at this point

// Now get the value, creating if necessary
MyThing result;
synchronized(ref)
{
    result = ref.getValue();
    if (result == null)
    {
        result = generateMyThing();
        ref.setValue(result);
    }
}

// result == your existing or new object

【讨论】：