ConcurrentHashMap与HashMap性能对比

前言

之前的文章中有介绍过关于线程安全的集合类使用性能对比,线程安全集合的几种方式、性能对比、适用场景分析,本文再来看看如何利用ConcurrentHashMap的特性,使其在多线程开发中做到既安全又高效。

代码示例


import com.google.common.base.Stopwatch;
import com.google.common.collect.Maps;
import junit.framework.Assert;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;

import java.util.Map;
import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
import java.util.concurrent.ThreadLocalRandom;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
import java.util.stream.IntStream;

/**
 * 分别使用HashMap和ConcurrentHashMap来对key值进行统计
 */
public class ConcurrentHashMapTest {

    private final static Logger log = LoggerFactory.getLogger(ConcurrentHashMapTest.class);

    // 并行线程数
    private static final int THREAD_POOL = 8;

    // 一共要执行的次数
    private static final int LOOP_TIME = 10000000;

    // 元素的范围0~9
    private static final int RANDOM_RANG = 10;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        benchmark();
    }

    /**
     * 基准测试
     * @throws InterruptedException
     */
    private static void benchmark() throws InterruptedException {
        Stopwatch stopwatch = Stopwatch.createStarted();
        Map<String, Integer> normalMap = normalVersion();
        stopwatch.stop();
        // 测试验证,每次循环加1,最终所有key对应的value值加起来应该等于LOOP_TIME
        Assert.assertEquals(LOOP_TIME, normalMap.values().stream().mapToInt(i -> i).reduce(0, Integer::sum));
        log.info("normal elapsed -> {}", stopwatch);

        stopwatch.reset();

        stopwatch.start();
        Map<String, AtomicInteger> optimizeMap = optimizeVersion();
        stopwatch.stop();
        // 测试验证,每次循环加1,最终所有key对应的value值加起来应该等于LOOP_TIME
        Assert.assertEquals(LOOP_TIME, optimizeMap.values().stream().mapToInt(AtomicInteger::intValue).reduce(0, Integer::sum));
        log.info("optimize elapsed -> {}", stopwatch);
    }

    /**
     * 使用HashMap来记录每个元素的value值,并在进行put前,通过使用synchronized关键字来保证线程安全
     * @return
     * @throws InterruptedException
     */
    private static Map<String, Integer> normalVersion() throws InterruptedException {
        Map<String, Integer> normalMap = Maps.newHashMap();
        ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool(THREAD_POOL);
        forkJoinPool.execute(() -> IntStream.rangeClosed(1, LOOP_TIME).parallel().forEach(i -> {
            String key = "item_" + ThreadLocalRandom.current().nextInt(RANDOM_RANG);
            synchronized (normalMap) {
                normalMap.put(key, normalMap.getOrDefault(key, 0) + 1);
            }
        }));
        forkJoinPool.shutdown();
        forkJoinPool.awaitTermination(1, TimeUnit.MINUTES);
        return normalMap;
    }

    /**
     * 直接利用ConcurrentHashMap与AtomicInteger的特性来保证线程安全
     * @return
     * @throws InterruptedException
     */
    private static Map<String, AtomicInteger> optimizeVersion() throws InterruptedException {
        Map<String, AtomicInteger> optimizeMap = Maps.newConcurrentMap();
        ForkJoinPool forkJoinPool = new ForkJoinPool(THREAD_POOL);
        forkJoinPool.execute(() -> IntStream.rangeClosed(1, LOOP_TIME).parallel().forEach(i -> {
            String key = "item_" + ThreadLocalRandom.current().nextInt(RANDOM_RANG);
            optimizeMap.computeIfAbsent(key, v -> new AtomicInteger()).getAndIncrement();
        }));
        forkJoinPool.shutdown();
        forkJoinPool.awaitTermination(1, TimeUnit.MINUTES);
        return optimizeMap;
    }
}

执行结果,大约5倍的差距

在这里插入图片描述

实现原理

从computeIfAbsent源码可以大致了解,虽然也用到了synchronized,但是实际上只有锁了一个Node,并不会影响到其他Node的使用。

ConcurrentHashMap与HashMap性能对比_第1张图片

最后再结合AtomicInteger来完成计数功能,unsafe相关方法可以直接操作内存地址,利用cas方式来保证线程安全。

ConcurrentHashMap与HashMap性能对比_第2张图片

可以看出为了解决多线程资源共享,除了最简单的直接在方法层面使用synchionzed之外,还可以思考如何尽量减少锁的范围,比如ConcurrentHashMap中为每一个链表准备一把锁,这样多个链表之间就不会互相影响,也可以使用cas的方式来保证即使真的发生冲突时也不会有问题。

你可能感兴趣的:(并发编程,java,哈希算法,开发语言)