需要简单解释“锁条带化”如何与 ConcurrentHashMap 一起工作

Posted 2023-02-25

【中文标题】需要简单解释“锁条带化”如何与 ConcurrentHashMap 一起工作

【英文标题】：Need simple explanation how "lock striping" works with ConcurrentHashMap

【发布时间】：2013-04-15 14:53:18

【问题描述】：

根据 Java Concurrency in Practice，第 11.4.3 章说：

锁拆分有时可以扩展到分区 锁定一组可变大小的独立对象，在这种情况下 它被称为锁条带化。例如，执行 ConcurrentHashMap 使用 16 个锁的数组，每个锁守卫 1/16 哈希桶； bucket N 由 lock N mod 16 保护。

我在理解和可视化锁条带化和存储桶机制方面仍然存在问题。 有人可以用很好理解的话来解释这个:)

提前致谢。

【参考方案1】：

哈希映射建立在一个数组上，其中哈希函数将一个对象映射到底层数组中的一个元素。假设底层数组有 1024 个元素 - ConcurrentHashMap 实际上将它变成了 16 个不同的 64 个元素的子数组，例如0, 63, 64, 127 等。每个子数组都有自己的锁，因此修改 0, 63 子数组不会影响 64, 127 子数组 - 一个线程可以写入第一个子数组，而另一个线程写入第二个子数组。

【讨论】：

好的，我明白了。但是，如果两个或更多线程试图修改子数组 0,63 中的所有内容呢？

那么它是先来先服务的——第一个获取锁的线程进行更改，然后当它完成时，第二个线程进行更改。 ConcurrentHashMap 有类似replace 的方法来确保第二个线程不会无意中覆盖第一个线程的更改。

我不认为它实际上是“先到先得”，正如我所理解的（我没有确切的报价，但我从 Java Concurrency in Practice 中了解到，）只有保证公平当它是显式的时，例如在不同显式Lock 实现的构造函数中，例如ReentrantLock，或诸如ArrayBlockingQueue 的队列。 （我知道这是一个旧线程，对不起）

简要了解了 Java 8 的实现，但我没有看到任何段级数组。我知道上面的答案是在 java 8 之前写的。但是现在有人可以澄清段只不过是表中的单个存储桶或行吗？由于我们不对行的条带进行锁定，因此锁条带化这个词已经过时了吗？

【参考方案2】：

锁定Collections.synchronizedMap() 和ConcurrentHashMap 的区别如下：

如果多个线程将频繁访问Collections.synchronizedMap()，将会有很多争用，因为每个方法都使用共享锁同步（即如果线程X调用Collections.synchronizedMap()上的方法，所有其他线程将被阻塞从调用 Collections.synchronizedMap() 上的任何方法直到线程 X 从它调用的方法返回）。

ConcurrentHashMap 具有可变数量的锁（默认为 16），每个锁保护ConcurrentHashMap 中的一段键。所以对于一个有 160 把钥匙的ConcurrentHashMap，每个锁将保护 10 个元素。因此，对键（get、put、set 等）进行操作的方法仅锁定对键在同一段中的键操作的其他方法的访问。例如，如果线程 X 调用 put(0, someObject)，然后线程 Y 调用 put(10, someOtherObject)，这些调用可以并发执行，并且线程 Y 不必等待线程 X 从 put(0, someObject) 返回。下面提供了一个示例。

此外，size() 和 isEmpty() 等某些方法根本不受保护。虽然这允许更大的并发性，但这意味着它们不是强一致的（它们不会反映同时发生变化的状态）。

public static void main(String[] args) 
  ConcurrentHashMap<Integer, Object> map = new ConcurrentHashMap<>(160);

  new Thread(new Runnable() 
    @Override
    public void run() 
      map.put(0, "guarded by one lock");
    
  .start();

  new Thread(new Runnable() 
    @Override
    public void run() 
      map.put(10, "guarded by another lock");
    
  .start();

  new Thread(new Runnable() 
    @Override
    public void run() 
      // could print 0, 1, or 2
      System.out.println(map.count());
    
  .start();

【讨论】：

Java 中的 HashMap 不是线程安全的，HashTable 是。你说的第一个场景是 HashTable

【参考方案3】：

这里的关键概念是“桶”。而是为整个哈希表使用全局锁，它为每个存储桶使用一个小锁。 这也是一个很好的类比桶排序，可以提高排序的复杂性。