【HashMap】保证HashMap线程安全的几种方式

在Java中，HashMap是线程不安全的，这意味着如果多个线程并发地访问和修改同一个HashMap实例，可能会导致数据不一致和其他线程安全问题。为了确保线程安全性，可以考虑以下几种方法：

1. 使用 `Collections.synchronizedMap`

Collections.synchronizedMap 是 Java 提供的一种简便方法，用于将非线程安全的 HashMap 包装成线程安全的 Map。其实现方式是在每个方法调用时对整个 Map 对象进行同步。

示例代码：

import java.util.Collections;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;public class SynchronizedMapExample {private final Map<String, String> map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());public void put(String key, String value) {map.put(key, value);}public String get(String key) {return map.get(key);}public static void main(String[] args) {SynchronizedMapExample example = new SynchronizedMapExample();example.put("key1", "value1");System.out.println(example.get("key1"));}
}

注意：

每次访问 map 时，都会隐式地对整个 map 对象加锁，这可能导致性能瓶颈。

对于遍历操作，需要手动同步：

synchronized(map) {for (Map.Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {// 迭代操作}
}

2. 使用 `ConcurrentHashMap`

ConcurrentHashMap 是 Java 并发包（java.util.concurrent）中的一个线程安全的 Map 实现。它采用了一种分段锁机制（在 JDK 1.8 中改进为 CAS 操作），可以在更高的并发级别下提供更好的性能。

示例代码：

import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;public class ConcurrentHashMapExample {private final ConcurrentHashMap<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();public void put(String key, String value) {map.put(key, value);}public String get(String key) {return map.get(key);}public static void main(String[] args) {ConcurrentHashMapExample example = new ConcurrentHashMapExample();example.put("key1", "value1");System.out.println(example.get("key1"));}
}

特点：

ConcurrentHashMap 提供了更高的并发性能，因为它的操作在内部实现了分段锁或 CAS 操作。
大多数常用操作（如 put, get, remove）都能在 O(1) 时间复杂度内完成。

注：CAS的解释可以参照我的另一篇文章

CAS的定义及优缺点

3. 手动同步代码块

通过在访问 HashMap 时使用同步代码块来确保线程安全。这种方法可以更细粒度地控制同步，但需要小心设计以避免死锁和性能问题。

示例代码：

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;public class ManualSynchronizedMap {private final Map<String, String> map = new HashMap<>();public void put(String key, String value) {synchronized(map) {map.put(key, value);}}public String get(String key) {synchronized(map) {return map.get(key);}}public static void main(String[] args) {ManualSynchronizedMap example = new ManualSynchronizedMap();example.put("key1", "value1");System.out.println(example.get("key1"));}
}

注意：

需要手动管理同步代码块，这可能会增加代码复杂性和出错的风险。
确保在可能的地方释放锁，避免死锁。

4. 使用 `ReadWriteLock`

ReadWriteLock 提供了一种分离读锁和写锁的机制，这使得多个读线程可以并发访问，而写线程需要独占锁。这在读多写少的场景中特别有用。

示例代码：

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;public class ReadWriteLockMap<K, V> {private final Map<K, V> map = new HashMap<>();private final ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();public V put(K key, V value) {lock.writeLock().lock();try {return map.put(key, value);} finally {lock.writeLock().unlock();}}public V get(K key) {lock.readLock().lock();try {return map.get(key);} finally {lock.readLock().unlock();}}public static void main(String[] args) {ReadWriteLockMap<String, String> example = new ReadWriteLockMap<>();example.put("key1", "value1");System.out.println(example.get("key1"));}
}