Java一分钟之-并发编程：并发容器(ConcurrentHashMap, CopyOnWriteArrayList)

在Java并发编程中，ConcurrentHashMap和CopyOnWriteArrayList是两个关键的并发容器，它们为多线程环境下的数据共享提供了高效和线程安全的解决方案。本文将讨论这两个容器的特性，常见问题，易错点以及如何避免这些问题，同时附上代码示例。

1. ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap是线程安全的哈希表，它在多个线程并发读写时提供高性能。与传统的synchronized HashMap相比，ConcurrentHashMap使用分段锁策略，降低了锁粒度，提高了并发性能。

常见问题与易错点

• 误用同步操作：尽管ConcurrentHashMap是线程安全的，但对整个映射进行同步操作（如forEach）时，仍需手动同步。

ConcurrentHashMap<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();
synchronized (map) { // 错误！不需要对整个map进行同步
    map.forEach((key, value) -> System.out.println(key + ": " + value));
}

• 并发修改与迭代：在并发迭代时，如果其他线程修改了映射，可能导致ConcurrentModificationException。

避免方法：使用ConcurrentHashMap的forEach方法，它在内部处理了并发修改问题。

2. CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList是线程安全的列表，它在读取操作时提供高并发性能，但在写操作时，会复制底层数组，创建新列表，然后在新列表上进行修改，最后替换原始列表。这种方式适合读多写少的场景。

常见问题与易错点

• 内存消耗：CopyOnWriteArrayList在写操作时会复制整个列表，可能导致内存开销增加。

避免方法：仅在需要高并发读取和低写入频率的场景下使用。

• 迭代与修改：与ConcurrentHashMap类似，CopyOnWriteArrayList在迭代时可以安全地进行并发修改，无需额外同步。

代码示例

ConcurrentHashMap 使用

ConcurrentHashMap<String, Integer> concurrentMap = new ConcurrentHashMap<>();
concurrentMap.put("Key1", 100);
concurrentMap.computeIfPresent("Key1", (k, v) -> v * 2);
concurrentMap.forEach((key, value) -> System.out.println(key + ": " + value));

CopyOnWriteArrayList 使用

CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>(Arrays.asList("A", "B", "C"));
new Thread(() -> list.add("D")).start();
new Thread(() -> list.remove("B")).start();
while (!list.isEmpty()) {
    System.out.println(list.get(0)); // 并发读取
}

结论

ConcurrentHashMap和CopyOnWriteArrayList提供了在并发环境下的高效数据共享，但它们各有适用场景。理解它们的工作原理，避免不必要的同步，以及合理选择数据结构，是提升并发性能的关键。在使用过程中，务必注意它们的特性，以充分利用它们的优势，同时避免潜在的问题。