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使用ConcurrentHashMap一定线程安全?

前言

老王为何半夜惨叫?几行代码为何导致服务器爆炸?说好的线程安全为何还是出问题?让我们一起收看今天的《走进IT》

正文

CurrentHashMap出现背景

说到ConcurrentHashMap的出现背景,还得从HashMap说起。

老王是某公司的苦逼Java开发,在互联网行业中,业务总是迭代得非常快。体现在代码中的话,就是v1.0的模块是单线程执行的,这时候使用HashMap是一个不错的选择。然而到了v1.5的版本,为了性能考虑,老王觉得把这段代码改成多线程会更有效率,那么说改就改,然后就愉快的发布上线了。

直到某天晚上,突然收到线上警报,服务器CPU占用100%。这时候惊醒起来一顿排查(百度,谷歌),结果发现原来是HashMap 在并发的环境下进行rehash的时候会造成链表的闭环,因此在进行get()操作的时候导致了CPU占用100%。喔,原来HashMap不是线程安全的类,在当前的业务场景中会有问题。那么你这时候又想到了Hashtable,没错,这是个线程安全的类,那我先用这个类替换不就行了,一顿commit,push,部署上去了,观察了一段时间,完美~再也没出现过类似的问题了。

但是好日子过的并不长久,运营的同事又找上门了,老王啊,XX功能怎么慢了这么多啊?这时候老王就纳闷了,我没改代码啊?不就上次替换了一个Hashtable,难道这里会有效率的问题?然后又是一顿排查(百度、谷歌),我去,果不其然,原来它线程安全的原因是因为在方法上都加了synchronized,导致我们全部操作都串行化了,难怪这么慢。

经过了2次掉陷阱的经验,这次的老王已经是非常谨慎的去寻求更好的解决方案了,这时他找到ConcurrentHashMap,而且为了避免再次掉坑他也去提前了解了实现原理,原来这个类是使用了Segment分段锁,每一个Segment都有自己的锁,这样冲突的的范围就变小了,效率也能提高不少。经过调研发现确实不错,于是他就放心的把Hashtable给替换掉了,从此运营再也没来吐槽了,老王又过上了幸福的日子。

经过一段时间紧张的业务开发,此时的项目已经去到了v2.0,之前的ConcurrentHashMap相关的代码已经被改的面目全非,逻辑也复杂了很多,但项目还是按时顺利的上线了。在项目在运行了一段时间以后,居然再次出现线程安全的问题,其根源竟然是ConcurrentHashMap,老王叕陷入了沉思...

为何会出问题?

抛开复杂的例子,我们用一个多线程并发获取map中的值并加1,看看最后输出的数字如何

public class CHMDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<String,Integer>();
        map.put("key", 1);
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(100);
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            executorService.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    int key = map.get("key") + 1; //step 1
                    map.put("key", key);//step 2
                }
            });
        }
        Thread.sleep(3000); //模拟等待执行结束
        System.out.println("------" + map.get("key") + "------");
        executorService.shutdown();
    }
}
复制代码

此时我们看看多次执行输出的结果

------790------
------825------
------875------
复制代码

通过观察输出结果可以发现,这段使用ConcurrentHashMap的代码,产生了线程安全的问题。我们来分析一下为什么会发生这种情况。在step1跟step2中,都只是调用ConcurrentHashMap的方法,各自都是原子操作,是线程安全的。但是他们组合在一起的时候就会有问题了,A线程在进入方法后,通过map.get("key")拿到key的值,刚把这个值读取出来还没有加1的时候,线程B也进来了,那么这导致线程A和线程B拿到的key是一样的。不仅仅是在

ConcurrentHashMap,在其他的线程安全的容器比如Vector之类的也会出现如此情况,所以在使用这些容器的时候还是不能大意。

如何解决?

1、可以用synchronized

synchronized(this){
    //step1
    //step2
}

复制代码

但是用这种方法的话,我们要考虑一下效率的问题,会不会对当前的业务影响很大?

2、用原子类

public class CHMDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ConcurrentHashMap<String, AtomicInteger> map = new ConcurrentHashMap<String,AtomicInteger>();
        AtomicInteger integer = new AtomicInteger(1);
        map.put("key", integer);
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(100);
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            executorService.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    map.get("key").incrementAndGet();
                }
            });
        }
        Thread.sleep(3000); //模拟等待执行结束
        System.out.println("------" + map.get("key") + "------");
        executorService.shutdown();
    }
}
复制代码
------1001------
复制代码

此时的输出结果就正确了,效率上也比第一种解决方案提高很多。

结语

人生处处是陷阱,写代码也是如此,多思考,多留心。


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