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HashMap 四种同步方式的性能比较(转载)

2015-04-09|1712阅||

摘要:转自  http://www.iteye.com/topic/164644   如果需要使 Map 线程安全,大致有这么四种方法:  1、使用 synchronized 关键字,这也是最原始的方法。代码如下  synchronized(anObject)

转自  http://www.iteye.com/topic/164644

 

如果需要使 Map 线程安全,大致有这么四种方法: 


1、使用 synchronized 关键字,这也是最原始的方法。代码如下 

synchronized(anObject)  
{  
    value = map.get(key);  
} 



JDK1.2 提供了 Collections.synchronizedMap(originMap) 方法,同步方式其实和上面这段代码相同。

 Map Collections.synchronizedMap(Map m)

这个方法返回一个同步的Map,这个Map封装了底层的HashMap的所有方法,使得底层的HashMap即使是在多线程的环境中也是安全的。

 

 

2、使用 JDK1.5 提供的锁(java.util.concurrent.locks.Lock)。代码如下

lock.lock();  
value = map.get(key);  
lock.unlock();  



3、实际应用中,可能多数操作都是读操作,写操作较少。针对这种情况,可以使用 JDK1.5 提供的读写锁(java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock)。代码如下

rwlock.readLock().lock();  
value = map.get(key);  
rwlock.readLock().unlock();  


 


这样两个读操作可以同时进行,理论上效率会比方法 2 高。 

 

4、使用 JDK1.5 提供的 java.util.concurrent.ConcurrentHashMap 类。该类将 Map 的存储空间分为若干块,每块拥有自己的锁,大大减少了多个线程争夺同一个锁的情况。代码如下 

value = map.get(key); //同步机制内置在 get 方法中  




使用转载文章中的测试代码,在我的机器上针对这四种方式进行测试,结果见附图。测试内容为 1 秒钟所有 get 方法调用次数的总和。为了比较,增加了未使用任何同步机制的情况(非安全!)。理论上,不同步应该最快。 

 

我的测试结果:

 

 

转载文章的结果:

 


测试结果和转载文章中差不多,但是synchronized 貌似没有转载中说的那么糟糕。从附图可以看出: 


1、不同步确实最快,与预期一致。 
2、四种同步方式中,ConcurrentHashMap 是最快的,接近不同步的情况。 
3、synchronized 关键字非常慢
4、使用读写锁的读锁,比普通所稍慢。

结论: 

1、如果 ConcurrentHashMap 够用,则使用 ConcurrentHashMap。 
2、如果需自己实现同步,则使用 JDK1.5 提供的锁机制,避免使用 synchronized 关键字。 

 

 

测试代码:

 

import java.util.*;  
import java.util.concurrent.*;  
import java.util.concurrent.locks.*;  
public class MapTest  
{  
    public static final int THREAD_COUNT = 5;  
    public static final int MAP_SIZE = 1000;  
    public static final int EXECUTION_MILLES = 1000;  
    public static final int[] KEYS = new int[100];   
      
    public static void main(String[] args) throws Exception  
    {  
        //初始化  
        Random rand = new Random();  
        for (int i = 0; i < KEYS.length; ++i)  
        {  
            KEYS[i] = rand.nextInt();  
        }  
                  
        //创建线程  
        long start = System.currentTimeMillis();  
        Thread[] threads = new Thread[THREAD_COUNT];  
          
        //生成多个相同的线程  
        for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; ++i)  
        {  
            //threads[i] = new UnsafeThread();  
            threads[i] = new SynchronizedThread();  
            //threads[i] = new LockThread();  
            //threads[i] = new ReadLockThread();  
            //threads[i] = new ConcurrentThread();  
            threads[i].start();  
        }  
          
        //等待其它线程执行若干时间  
        Thread.sleep(EXECUTION_MILLES);  
        //统计 get 操作的次数  
        long sum = 0;         
        for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; ++i)  
        {  
            //将所有的同类线程访问次数加起来  
            sum += threads[i].getClass().getDeclaredField("count").getLong(threads[i]);  
        }  
        long millisCost = System.currentTimeMillis() - start;  
        System.out.println(sum + "(" + (millisCost) + "ms)");  
        System.exit(0);  
    }  
      
    public static void fillMap(Map<Integer, Integer> map)  
    {  
        Random rand = new Random();  
          
        for (int i = 0; i < MAP_SIZE; ++i)  
        {  
            map.put(rand.nextInt(), rand.nextInt());  
        }  
    }  
}  
class UnsafeThread extends Thread  
{  
    private static Map<Integer, Integer> map = new HashMap<Integer, Integer>();   
    public long count = 0;    
      
    static  
    {  
        MapTest.fillMap(map);  
    }  
      
    public void run()  
    {  
        for (;;)  
        {  
            int index = (int)(count % MapTest.KEYS.length);  
            map.get(MapTest.KEYS[index]);  
            ++count;  
        }  
    }  
}  
class SynchronizedThread extends Thread  
{  
    //所有同类线程共享一个map  
    private static Map<Integer, Integer> map = new HashMap<Integer, Integer>();   
    //每个线程使用自己的计数器  
    public long count = 0;  
      
    //o必须是static,否则synchronized(o)每个线程只对自己的o加锁,锁没有效果  
    private static final Object o = new Object();  
      
    static  
    {  
        MapTest.fillMap(map);  
    }  
      
      
    public void run()  
    {  
        for (;;)  
        {  
            int index = (int)(count % MapTest.KEYS.length);  
              
//          没有锁效果的加锁方式:  
//          (1)private final Object o = new Object();  
//          synchronized(o)  
//          (2)synchronized(this)  
              
              
//          有锁效果的加锁方式:  
//          (1)synchronized(map)  
//          (2)private static final Object o = new Object();  
//          synchronized(o)  
            synchronized(SynchronizedThread.class)  
            {  
                map.get(MapTest.KEYS[index]);  
            }  
            ++count;  
        }  
    }  
}  
class LockThread extends Thread  
{  
    private static Map<Integer, Integer> map = new HashMap<Integer, Integer>();   
    private static Lock lock = new ReentrantLock();  
    public long count = 0;  
      
    static  
    {  
        MapTest.fillMap(map);  
    }  
      
    public void run()  
    {  
        for (;;)  
        {  
            int index = (int)(count % MapTest.KEYS.length);  
            lock.lock();  
            map.get(MapTest.KEYS[index]);  
            lock.unlock();  
            ++count;  
        }  
    }  
}  
class ReadLockThread extends Thread  
{  
    private static Map<Integer, Integer> map = new HashMap<Integer, Integer>();   
    private static Lock lock = new ReentrantReadWriteLock().readLock();  
    public long count = 0;  
      
    static  
    {  
        MapTest.fillMap(map);  
    }  
      
    public void run()  
    {  
        for (;;)  
        {  
            int index = (int)(count % MapTest.KEYS.length);  
            lock.lock();  
            map.get(MapTest.KEYS[index]);  
            lock.unlock();  
            ++count;  
        }  
    }  
}  
class ConcurrentThread extends Thread  
{  
    private static Map<Integer, Integer> map = new ConcurrentHashMap<Integer, Integer>();     
    public long count = 0;  
      
    static  
    {  
        MapTest.fillMap(map);  
    }  
      
    public void run()  
    {  
        for (;;)  
        {  
            int index = (int)(count % MapTest.KEYS.length);  
            map.get(MapTest.KEYS[index]);  
            ++count;  
        }  
    }  
}  


 

补充:

 

(1)虽然ConcurrentHashMap是线程安全的,而且性能很高,但是

 

看看下面一段代码:

ConcurrentHashMap<String,String> map;  
    String getString(String name) {  
        String x = map.get(name);  
        if (x == null) {  
            x = new String();  
            map.put(name, x);  
        }  
        return x;  
    }  



 

如果你只调用get(),或只调用put()时,ConcurrentHashMap是线程安全的。

但是,在你调用完get后,调用put之前,

如果有另外一个线程调用了map.put(name, x),

你再去执行map.put(name,x),

就很可能把前面的操作结果覆盖掉了。

所以,即使在线程安全的情况下,

你还是有可能违反原子操作的规则。

 

避免方法:将get和put放到一个锁下面

 


Map map = Collections.synchronizedMap(new HashMap());  
String getString(String name) {   
    synchronized(map){//可保证该同步块内的所有代码对map是一个原子操作。  
        String x = map.get(name);   
        if (x == null) {   
            x = new String();   
            map.put(name, x);   
        }   
        return x;  
    }   
}   


 


(2)在HashMap中,null可以作为键,这样的键只有一个;可以有一个或多个键所对应的值为null。当get()方法返回null值时,即可以表示HashMap中没有该键,也可以表示该键所对应的值为null。因此,在HashMap中不能由get()方法来判断HashMap中是否存在某个键,而应该用containsKey()方法来判断。
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