线程安全Map详解

一、线程安全Map作用

Map是Java中常用的数据结构，它可以存储键值对，通过键可以快速访问值。线程安全Map是在多线程环境下使用的一种Map实现。在多线程环境下，如果不加控制的使用普通的Map接口，可能会出现线程安全问题，导致数据一致性问题。因此，线程安全Map的作用是提供一种线程安全的Map实现，保证多线程环境下的数据一致性。

二、线程安全的集合有哪些

除了线程安全Map之外，Java中还有一些其他线程安全的集合，常用的包括：

• ConcurrentHashMap：本质上也是一种线程安全Map实现，但是相对于普通的Map接口，ConcurrentHashMap提供了更好的并发性能。
• CopyOnWriteArrayList：一种线程安全的List实现，通过弱一致性来换取读取性能。
• ConcurrentLinkedQueue：一种线程安全的无界队列实现，非常适合生产者-消费者场景。

三、线程安全Map集合

Java中提供了许多线程安全的Map实现，其中最常用的是ConcurrentHashMap。ConcurrentHashMap底层采用分段锁机制来保证线程安全，即将整个Map分成若干个Segment，每个Segment分别管理若干个桶，每个桶中存储若干个键值对。

这种分段锁机制可以使得多个线程同时访问不同的Segment，从而提高并发性能。同时，由于每个Segment都只需要加锁处理自己的桶，因此可以避免整个Map被锁住的情况。

//示例代码
ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();
map.put("hello", 1);
map.put("world", 2);
map.put("java", 3);

四、线程安全Map key不为null

在使用线程安全Map时，需要注意的一个细节是：Map中的key不可以为null。因为如果key为null，ConcurrentHashMap无法确定到底应该将这个键值对放在哪个桶中，从而无法保证线程安全。

同时，线程安全Map也不允许重复的key值。如果多个线程同时向Map中添加相同的key值，只会有一个线程能够添加成功。

//示例代码
ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();
map.put("hello", 1);
map.put("world", 2);
map.put(null, 3); //会抛出NullPointerException异常
map.put("hello", 3); //只会添加一次hello键值对

五、线程安全Map的清除元素

线程安全Map提供了多种清除元素的方法，包括：

• clear()方法：清除所有键值对。
• remove(Object key)方法：通过key清除对应的键值对。
• remove(Object key, Object value)方法：只有在键key对应的值等于value时，才会将该键值对从Map中清除。
• replace(K key, V oldValue, V newValue)方法：只有在键key对应的值等于oldValue时，才会将该键值对的值更新为newValue。

//示例代码
ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();
map.put("hello", 1);
map.put("world", 2);
...
map.clear(); //清除所有键值对
map.remove("hello"); //清除hello键值对
map.remove("hello", 1); //不会清除hello键值对，因为对应的值不等于1
map.replace("world", 2, 3); //将world键值对的值更新为3

六、线程安全Map有哪些

Java中除了ConcurrentHashMap之外，还有一些其他的线程安全Map实现，常用的包括：

• Hashtable：Hashtable是Java早期版本就提供的一种线程安全的Map实现，但是由于效率低下，已经不再推荐使用。
• Collections.synchronizedMap(Map<K, V> map)方法：可以通过工具类Collections将一个普通的Map转换成线程安全的Map，但是它的并发性能比ConcurrentHashMap差很多。

七、多线程安全的Map

如果需要更好的并发性能，可以考虑使用Google的Guava库中提供的多线程安全的Map实现。Guava中提供了两种多线程安全的Map实现，包括：

• ConcurrentHashMultimap：一种多线程安全的键可以重复的Map实现。
• HashMultimap.create()：一种多线程安全的键不可以重复的Map实现。

这两种多线程安全的Map实现都底层采用了分段锁的机制，从而保证了良好的并发性能。

//示例代码
ConcurrentHashMultimap<String, Integer> multimap = ConcurrentHashMultimap.create();
multimap.put("hello", 1);
multimap.put("hello", 2);
multimap.put("world", 2);
Set<Integer> helloValues = multimap.get("hello"); //返回1和2
Set<Integer> worldValues = multimap.get("world"); //返回2

八、线程安全Map current

线程安全Map的当前值可以很容易地通过getOrDefault()方法获取。如果Map中不存在对应的键值对，则会返回指定的默认值。

//示例代码
ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();
map.put("hello", 1);
map.put("world", 2);
...
int value = map.getOrDefault("java", 0); //返回0，因为java键值对不存在

九、线程安全

虽然线程安全Map可以保证数据在多线程环境下的一致性，但是使用时仍然需要注意一些细节问题：

• 尽量避免写时复制等影响性能的操作。
• 尽量避免线程间竞争同一个桶内的元素，这样可以减少锁开销。
• 对于大量的写操作，最好使用分段锁，而不是全局锁。
• 在使用线程安全Map时，不可以使用非线程安全Map的迭代器。

完整代码示例：

import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

public class ThreadSafeMapDemo {
  public static void main(String[] args) {
    //创建线程安全Map
    ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();
    
    //添加键值对
    map.put("hello", 1);
    map.put("world", 2);
    
    //获取键值对
    int value1 = map.get("hello");
    int value2 = map.getOrDefault("java", 0);
    
    //清除键值对
    map.remove("hello");
    map.clear();
  }
}