如何線程安全的使用 HashMap
這篇文章，我們聊聊線程安全使用 HashMap 的四種技巧。
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1.方法內(nèi)部：每個線程創(chuàng)建單獨的 HashMap
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。
2.配置數(shù)據(jù)：初始化單線程寫，后續(xù)只提供讀
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。
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。
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：
- 創(chuàng)建 ReentrantReadWriteLock 對象 , 當(dāng)使用 ReadWriteLock 的時候，并不是直接使用，而是獲得其內(nèi)部的讀鎖和寫鎖，然后分別調(diào)用 lock / unlock 方法 ;
private ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();- 讀取共享數(shù)據(jù) ；
Lock readLock = readWriteLock.readLock();
readLock.lock();
try {
// TODO 查詢共享數(shù)據(jù)
} finally {
readLock.unlock();
}- 寫入共享數(shù)據(jù)；
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。
4.Collections.synchronizedMap : 讀寫均加鎖
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。
5.總結(jié)
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?？煽康姆绞健Ｃ總€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。
