Java ConcurrentHashMap 最佳实践

相对于HashMap，ConcurrentHashMap提供了内部实现的并发支持。使得开发者在多线程应用中访问ConcurrentHashMap时，不必使用synchronized同步代码块。

 

//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());
}

上述代码是在多线程应用中创建并使用ConcurrentHashMap的“理论上可行”的示例。这里的“理论上可行”是指，上述代码虽然能够保证线程安全，但是还是会降低程序性能。但ConcurentHashMap是为了保证线程安全（优于HashMap）的同时改善性能（优于Hashtable），不是吗？

 

哪里有问题呢？

 

为了搞清楚，我们需要理解ConcurrentHashMap类的内部工作原理。我们最好是从构造函数参数开始。ConcurrentHashMap完整的构造函数需要三个参数：initialCapacity（初始容量），loadFactory（加载因子），concurrencyLevel（并发级别）。

1. initialCapacity：初始容量。ConcurrentHashMap的实现基于加载因子，进行内部分配以容纳这么多元素。
2. loadFactor：加载因子（表密度），用于建立初始表的大小
3. concurrencyLevel：并发级别，表示预计的同步更新线程的数量。

前两个参数比较容易理解；并发级别表示分片（shard）的数量，用于在ConcurrentHashMap内部分为相应的分区，同时相同数量的线程被创建，用于在分片级别保证线程安全。

 

 

concurrencyLevel的默认值为16。这意味着我们只要使用默认构造函数创建一个ConcurrentHashMap时，就会创建16个分片——在我们向map中加入任何键值对之前。它同时意味着各种内部类的实例被创建，如ConcurrentHashMap$Segment, ConcurrentHashMap$HashEntry[] 和ReentrantLock$NofairSync。

 

多数情况下，一个分片已经足够处理通常键值对数量的多线程，同时性能也会被优化。创建多个分片只会使得内部实现更加复杂，同时引入许多不必要的对象，这一切都不利于改善性能。

 

每个使用默认构造函数创建的concurrent hashmap，创建冗余对象的比例约为1到50。例如，没创建100个ConcurrentHashMap实例，将会创建5000个冗余对象。

 

基于以上讨论，一个建议是更明智地使用构造函数参数，以减少冗余对象，同时提高性能。

 

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能够在扩容发生之前容纳足够多的元素。加载因子0.9保证了ConcurrentHashMap内部的致密堆积，以优化内存使用。并发级别设置为1，使得只有一个分片被创建和维护。

 

请注意，如果你的高并发应用程序更新ConcurrentHashMap的频率很高，你应当考虑增大concurrencyLevel，具体数值应该进行严谨的计算、测试以评估。

 

译者注：JDK1.8起通过默认构造函数创建的ConcurrentHashMap，其concurrencyLevel已被设置为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);
}

原文写于JDK 1.8发布之前，可以作为JDK 1.8如此优化的解释。

原文链接：Java ConcurrentHashMap Best Practices 

 

又及：

ConcurrentHashMap源码值得再读。相关文章：

1. 探索 ConcurrentHashMap 高并发性的实现机制 
2. 深入分析ConcurrentHashMap 
3. Java集合---ConcurrentHashMap原理分析