Java集合ConcurrentHashMap详解

什么是ConcurrentHashMap?

ConcurrentHashMap是一个线程安全、高效的哈希表实现。它和HashMap一样，也是基于哈希表实现的。与HashMap不同的是，ConcurrentHashMap提供了非常好的并发性能，允许多个线程同时读取和修改表中的元素。

在高并发的情况下，使用ConcurrentHashMap可以有效地解决线程安全问题，提供更好的性能。

ConcurrentHashMap的基本用法

1.创建ConcurrentHashMap

我们可以通过下面的语句来创建一个ConcurrentHashMap对象：

Map<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();

这里，我们创建了一个类型为Map的ConcurrentHashMap对象。

2.向ConcurrentHashMap中添加元素

向ConcurrentHashMap中添加元素可以使用put方法：

map.put("key1", "value1");
map.put("key2", "value2");

3.从ConcurrentHashMap中获取元素

从ConcurrentHashMap中获取元素可以使用get方法：

String value1 = map.get("key1");
String value2 = map.get("key2");

4.从ConcurrentHashMap中移除元素

从ConcurrentHashMap中移除元素可以使用remove方法：

map.remove("key1");

5.判断ConcurrentHashMap是否包含指定的键或值

判断ConcurrentHashMap是否包含指定的键可以使用containsKey方法，判断是否包含指定的值可以使用containsValue方法：

boolean containsKey = map.containsKey("key1");
boolean containsValue = map.containsValue("value1");

ConcurrentHashMap的高级用法

1.使用锁分离技术提高并发性能

ConcurrentHashMap采用了锁分离技术来提高并发性能。它将整个哈希表分为若干个锁单元，每个锁单元都可以独立地加锁和解锁。这样，当多个线程同时访问不同的锁单元时，它们之间就不会发生互斥，能够有效地提高并发性能。

2.ConcurrentHashMap的迭代器

ConcurrentHashMap的迭代器是弱一致的（weakly consistent），它提供了对元素的快速、无锁的遍历。虽然它不能保证在遍历过程中看到的所有修改都是最新的，但是它能够保证不会抛出ConcurrentModificationException异常。

虽然迭代器是弱一致的，但是对于插入新元素的线程来说，插入的新元素能够马上被迭代器看到。这是因为ConcurrentHashMap会将新元素放到下一个提交任务中。因此，插入新元素在迭代器中的顺序是有保证的。

3.ConcurrentHashMap的比较和排序

ConcurrentHashMap是无序的，它不保证元素的插入顺序。如果需要对ConcurrentHashMap中的元素进行排序或比较，我们可以使用Collections.sort方法。下面是一个例子：

List<Map.Entry<String, String>> list = new ArrayList<>(map.entrySet());
Collections.sort(list, new Comparator<Map.Entry<String, String>>() {
    @Override
    public int compare(Map.Entry<String, String> o1, Map.Entry<String, String> o2) {
        return o1.getKey().compareTo(o2.getKey());
    }
});

这里，我们首先将ConcurrentHashMap转换为一个包含Map.Entry元素的ArrayList，然后通过Collections.sort方法对ArrayList中的元素进行排序。排序方法使用key的比较值进行比较。

示例1：读写锁技术

下面是一个使用读写锁技术实现ConcurrentHashMap并发访问的例子：

public class ConcurrentMapExample {
    private Map<Integer, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();
    private ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();

    public void write(Integer key, Integer value) {
        lock.writeLock().lock();
        try {
            map.put(key, value);
        } finally {
            lock.writeLock().unlock();
        }
    }

    public Integer read(Integer key) {
        lock.readLock().lock();
        try {
            return map.get(key);
        } finally {
            lock.readLock().unlock();
        }
    }
}

该示例创建了一个ConcurrentMapExample类，提供了两个方法：write和read。在写操作时，使用写锁进行加锁；在读操作时，使用读锁进行加锁。这种方式能够有效地提高并发性能。

示例2：使用ConcurrentHashMap实现多线程统计字符出现次数

下面是一个使用ConcurrentHashMap实现多线程统计字符出现次数的例子：

public class CharacterCounter {
    private ConcurrentHashMap<Character, Integer> characterCount = new ConcurrentHashMap<>();

    public void count(Character c) {
        characterCount.putIfAbsent(c, 0);
        characterCount.compute(c, (key, val) -> val + 1);
    }

    public Integer getCount(Character c) {
        return characterCount.get(c);
    }

    public Map<Character, Integer> getCharacterCount() {
        return characterCount;
    }
}

该示例创建了一个CharacterCounter类，提供了三个方法：count、getCount和getCharacterCount。在count方法中，使用putIfAbsent方法将字符c的计数器初始化为0；然后使用compute方法对计数器进行加1操作。在getCount方法中，使用get方法获取指定字符的计数器值。在getCharacterCount方法中，返回整个ConcurrentHashMap对象。

下面是一个使用该类的示例：

public class CharacterCounterTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final CharacterCounter cc = new CharacterCounter();
        ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(10);
        String s = "hello world";
        for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
            final char c = s.charAt(i);
            es.execute(() -> {
                cc.count(c);
            });
        }
        es.shutdown();
        es.awaitTermination(1, TimeUnit.MINUTES);

        Map<Character, Integer> counts = cc.getCharacterCount();
        for (Map.Entry<Character, Integer> entry : counts.entrySet()) {
            System.out.println(entry.getKey() + " : " + entry.getValue());
        }
    }
}

该示例中，我们使用一个10个线程的线程池来并发地读取字符串中每个字符的计数器，最终将计数器结果输出。