Java ConcurrentHashMap 最佳實踐

相對於HashMap，ConcurrentHashMap提供了內部實現的併發支持。使得開發者在多線程應用中訪問ConcurrentHashMap時，不必使用synchronized同步代碼塊。

 

//Initialize ConcurrentHashMap instance
ConcurrentHashMap<String, Integer> m = new ConcurrentHashMap<String, Integer>();
 
//Print all values stored in ConcurrentHashMap instance
for each (Entry<String, Integer> e : m.entrySet())
{
system.out.println(e.getKey()+"="+e.getValue());
}

上述代碼是在多線程應用中創建並使用ConcurrentHashMap的“理論上可行”的示例。這裏的“理論上可行”是指，上述代碼雖然能夠保證線程安全，但是還是會降低程序性能。但ConcurentHashMap是爲了保證線程安全（優於HashMap）的同時改善性能（優於Hashtable），不是嗎？

 

哪裏有問題呢？

 

爲了搞清楚，我們需要理解ConcurrentHashMap類的內部工作原理。我們最好是從構造函數參數開始。ConcurrentHashMap完整的構造函數需要三個參數：initialCapacity（初始容量），loadFactory（加載因子），concurrencyLevel（併發級別）。

1. initialCapacity：初始容量。ConcurrentHashMap的實現基於加載因子，進行內部分配以容納這麼多元素。
2. loadFactor：加載因子（表密度），用於建立初始表的大小
3. concurrencyLevel：併發級別，表示預計的同步更新線程的數量。

前兩個參數比較容易理解；併發級別表示分片（shard）的數量，用於在ConcurrentHashMap內部分爲相應的分區，同時相同數量的線程被創建，用於在分片級別保證線程安全。

 

 

concurrencyLevel的默認值爲16。這意味着我們只要使用默認構造函數創建一個ConcurrentHashMap時，就會創建16個分片——在我們向map中加入任何鍵值對之前。它同時意味着各種內部類的實例被創建，如ConcurrentHashMap$Segment, ConcurrentHashMap$HashEntry[] 和ReentrantLock$NofairSync。

 

多數情況下，一個分片已經足夠處理通常鍵值對數量的多線程，同時性能也會被優化。創建多個分片只會使得內部實現更加複雜，同時引入許多不必要的對象，這一切都不利於改善性能。

 

每個使用默認構造函數創建的concurrent hashmap，創建冗餘對象的比例約爲1到50。例如，沒創建100個ConcurrentHashMap實例，將會創建5000個冗餘對象。

 

基於以上討論，一個建議是更明智地使用構造函數參數，以減少冗餘對象，同時提高性能。

 

ConcurrentHashMap更好的初始化方式：

ConcurrentHashMap<String, Integer> instance = new ConcurrentHashMap<String, Integer>(16, 0.9f, 1);

初始容量16能夠在擴容發生之前容納足夠多的元素。加載因子0.9保證了ConcurrentHashMap內部的緻密堆積，以優化內存使用。併發級別設置爲1，使得只有一個分片被創建和維護。

 

請注意，如果你的高併發應用程序更新ConcurrentHashMap的頻率很高，你應當考慮增大concurrencyLevel，具體數值應該進行嚴謹的計算、測試以評估。

 

譯者注：JDK1.8起通過默認構造函數創建的ConcurrentHashMap，其concurrencyLevel已被設置爲1。

/**
 * Creates a new, empty map with an initial table size based on
 * the given number of elements ({@code initialCapacity}) and
 * initial table density ({@code loadFactor}).
 *
 * @param initialCapacity the initial capacity. The implementation
 * performs internal sizing to accommodate this many elements,
 * given the specified load factor.
 * @param loadFactor the load factor (table density) for
 * establishing the initial table size
 * @throws IllegalArgumentException if the initial capacity of
 * elements is negative or the load factor is nonpositive
 *
 * @since 1.6
 */
public ConcurrentHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
    this(initialCapacity, loadFactor, 1);
}

原文寫於JDK 1.8發佈之前，可以作爲JDK 1.8如此優化的解釋。

原文鏈接：Java ConcurrentHashMap Best Practices 

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