這篇文章,我們聊聊線程安全使用 HashMap 的四種技巧。
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如下圖,tomcat 接收到到請求后,依次調(diào)用控制器 Controller、服務(wù)層 Service 、數(shù)據(jù)庫訪問層的相關(guān)方法。
每次訪問服務(wù)層方法 serviceMethod 時,都會在方法體內(nèi)部創(chuàng)建一個單獨的 HashMap , 將相關(guān)請求參數(shù)拷貝到 HashMap 里,然后調(diào)用 DAO 方法進行數(shù)據(jù)庫操作。
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每個 HTTP 處理線程在服務(wù)層方法體內(nèi)部都有自己的 HashMap 實例,在多線程環(huán)境下,不需要對 HashMap 進行任何同步操作。
這也是我們使用最普遍也最安全的的方式,是 CRUD 最基本的操作。
系統(tǒng)啟動之后,我們可以將配置數(shù)據(jù)加載到本地緩存 HashMap 里 ,這些配置信息初始化之后,就不需要寫入了,后續(xù)只提供讀操作。
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上圖中顯示一個非常簡單的配置類 SimpleConfig ,內(nèi)部有一個 HashMap 對象 configMap 。構(gòu)造函數(shù)調(diào)用初始化方法,初始化方法內(nèi)部的邏輯是:將配置數(shù)據(jù)存儲到 HashMap 中。
SimpleConfig 類對外暴露了 getConfig 方法 ,當(dāng) main 線程初始化 SimpleConfig 對象之后,當(dāng)其他線程調(diào)用 getConfig 方法時,因為只有讀,沒有寫操作,所以是線程安全的。
讀寫鎖是一把鎖分為兩部分:讀鎖和寫鎖,其中讀鎖允許多個線程同時獲得,而寫鎖則是互斥鎖。
它的規(guī)則是:讀讀不互斥,讀寫互斥,寫寫互斥,適用于讀多寫少的業(yè)務(wù)場景。
我們一般都使用 ReentrantReadWriteLock ,該類實現(xiàn)了 ReadWriteLock 。ReadWriteLock 接口也很簡單,其內(nèi)部主要提供了兩個方法,分別返回讀鎖和寫鎖 。
public interface ReadWriteLock { //獲取讀鎖 Lock readLock(); //獲取寫鎖 Lock writeLock();}
讀寫鎖的使用方式如下所示:
private ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();
Lock readLock = readWriteLock.readLock();readLock.lock();try { // TODO 查詢共享數(shù)據(jù)} finally { readLock.unlock();}
Lock writeLock = readWriteLock.writeLock();writeLock.lock();try { // TODO 修改共享數(shù)據(jù)} finally { writeLock.unlock();}
下面的代碼展示如何使用 ReadWriteLock 線程安全的使用 HashMap :
import java.util.HashMap;import java.util.Map;import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;public class ReadWriteLockCache { // 創(chuàng)建一個 HashMap 來存儲緩存的數(shù)據(jù) private Map<String, String> map = new HashMap<>(); // 創(chuàng)建讀寫鎖對象 private ReadWriteLock rw = new ReentrantReadWriteLock(); // 放對象方法:向緩存中添加一個鍵值對 public void put(String key, String value) { // 獲取寫鎖,以確保當(dāng)前操作是獨占的 rw.writeLock().lock(); try { // 執(zhí)行寫操作,將鍵值對放入 map map.put(key, value); } finally { // 釋放寫鎖 rw.writeLock().unlock(); } } // 取對象方法:從緩存中獲取一個值 public String get(String key) { // 獲取讀鎖,允許并發(fā)讀操作 rw.readLock().lock(); try { // 執(zhí)行讀操作,從 map 中獲取值 return map.get(key); } finally { // 釋放讀鎖 rw.readLock().unlock(); } }}
使用讀寫鎖操作 HashMap 是一個非常經(jīng)典的技巧,消息中間件 RockeMQ NameServer (名字服務(wù))保存和查詢路由信息都是通過這種技巧實現(xiàn)的。
另外,讀寫鎖可以操作多個 HashMap ,相比 ConcurrentHashMap 而言,ReadWriteLock 可以控制緩存對象的顆粒度,具備更大的靈活性。
如下代碼,當(dāng)我們多線程使用 userMap 時,
static Map<Long, User> userMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap<Long, User>());
進入 synchronizedMap 方法:
public static <K,V> Map<K,V> synchronizedMap(Map<K,V> m) { return new SynchronizedMap<>(m);}
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SynchronizedMap 內(nèi)部包含一個對象鎖 Object mutex ,它本質(zhì)上是一個包裝類,將 HashMap 的讀寫操作重新實現(xiàn)了一次,我們看到每次讀寫時,都會用 synchronized 關(guān)鍵字來保證操作的線程安全。
雖然 Collections.synchronizedMap 這種技巧使用起來非常簡單,但是我們需要理解它的每次讀寫都會加鎖,性能并不會特別好。
這篇文章,筆者總結(jié)了四種線程安全的使用 HashMap 的技巧。
1)方法內(nèi)部:每個線程創(chuàng)建單獨的 HashMap
這是我們使用最普遍,也是非常可靠的方式。每個線程在方法體內(nèi)部創(chuàng)建HashMap 實例,在多線程環(huán)境下,不需要對 HashMap 進行任何同步操作。
2) 配置數(shù)據(jù):初始化單線程寫,后續(xù)只提供讀
中間件在啟動時,會讀取配置文件,將配置數(shù)據(jù)寫入到 HashMap 中,主線程寫完之后,以后不會再有寫入操作,其他的線程可以讀取,不會產(chǎn)生線程安全問題。
3)讀寫鎖:讀讀不互斥,讀寫互斥,寫寫互斥
讀寫鎖是一把鎖分為兩部分:讀鎖和寫鎖,其中讀鎖允許多個線程同時獲得,而寫鎖則是互斥鎖。
它的規(guī)則是:讀讀不互斥,讀寫互斥,寫寫互斥,適用于讀多寫少的業(yè)務(wù)場景。
使用讀寫鎖操作 HashMap 是一個非常經(jīng)典的技巧,消息中間件 RockeMQ NameServer (名字服務(wù))保存和查詢路由信息都是通過這種技巧實現(xiàn)的。
4)Collections.synchronizedMap : 讀寫均加鎖
Collections.synchronizedMap 方法使用了裝飾器模式為線程不安全的 HashMap 提供了一個線程安全的裝飾器類 SynchronizedMap。
通過 SynchronizedMap 來間接的保證對 HashMap 的操作是線程安全,而 SynchronizedMap 底層也是通過 synchronized 關(guān)鍵字來保證操作的線程安全。
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