如何线程安全的使用 HashMap

这篇文章，我们聊聊线程安全使用 HashMap 的四种技巧。

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1.方法内部：每个线程创建单独的 HashMap

如下图，tomcat 接收到到请求后，依次调用控制器 Controller、服务层 Service 、数据库访问层的相关方法。

每次访问服务层方法 serviceMethod 时，都会在方法体内部创建一个单独的 HashMap ,  将相关请求参数拷贝到 HashMap 里，然后调用 DAO 方法进行数据库操作。

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每个 HTTP 处理线程在服务层方法体内部都有自己的 HashMap 实例，在多线程环境下，不需要对 HashMap 进行任何同步操作。

这也是我们使用最普遍也最安全的的方式，是 CRUD 最基本的操作。

2.配置数据：初始化单线程写，后续只提供读

系统启动之后，我们可以将配置数据加载到本地缓存 HashMap 里 ，这些配置信息初始化之后，就不需要写入了，后续只提供读操作。

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上图中显示一个非常简单的配置类 SimpleConfig ，内部有一个 HashMap 对象 configMap 。构造函数调用初始化方法，初始化方法内部的逻辑是：将配置数据存储到 HashMap 中。

SimpleConfig 类对外暴露了 getConfig 方法 ，当 main 线程初始化 SimpleConfig 对象之后，当其他线程调用  getConfig 方法时，因为只有读，没有写操作，所以是线程安全的。

3.读写锁：读读不互斥，读写互斥，写写互斥

读写锁是一把锁分为两部分：读锁和写锁，其中读锁允许多个线程同时获得，而写锁则是互斥锁。

它的规则是：读读不互斥，读写互斥，写写互斥，适用于读多写少的业务场景。

我们一般都使用 ReentrantReadWriteLock ，该类实现了 ReadWriteLock 。ReadWriteLock 接口也很简单，其内部主要提供了两个方法，分别返回读锁和写锁 。

public interface ReadWriteLock {
    //获取读锁
    Lock readLock();
    //获取写锁
    Lock writeLock();
}

读写锁的使用方式如下所示：

private ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock();

Lock readLock = readWriteLock.readLock();
readLock.lock();
try {
   // TODO 查询共享数据
} finally {
   readLock.unlock();
}

Lock writeLock = readWriteLock.writeLock();
writeLock.lock();
try {
   // TODO 修改共享数据
} finally {
   writeLock.unlock();
}

下面的代码展示如何使用 ReadWriteLock 线程安全的使用 HashMap :

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

public class ReadWriteLockCache {
  
    // 创建一个 HashMap 来存储缓存的数据
    private Map map = new HashMap();

    // 创建读写锁对象
    private ReadWriteLock rw = new ReentrantReadWriteLock();

    // 放对象方法：向缓存中添加一个键值对
    public void put(String key, String value) {
        // 获取写锁，以确保当前操作是独占的
        rw.writeLock().lock();
        try {
            // 执行写操作，将键值对放入 map
            map.put(key, value);
        } finally {
            // 释放写锁
            rw.writeLock().unlock();
        }
    }

    // 取对象方法：从缓存中获取一个值
    public String get(String key) {
        // 获取读锁，允许并发读操作
        rw.readLock().lock();
        try {
            // 执行读操作，从 map 中获取值
            return map.get(key);
        } finally {
            // 释放读锁
            rw.readLock().unlock();
        }
    }
}

使用读写锁操作 HashMap 是一个非常经典的技巧，消息中间件 RockeMQ NameServer （名字服务）保存和查询路由信息都是通过这种技巧实现的。

另外，读写锁可以操作多个 HashMap ，相比 ConcurrentHashMap 而言，ReadWriteLock 可以控制缓存对象的颗粒度，具备更大的灵活性。

4.Collections.synchronizedMap : 读写均加锁

如下代码，当我们多线程使用 userMap 时，

static Map userMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap());

进入 synchronizedMap 方法：

public static  Map synchronizedMap(Map m) {
       return new SynchronizedMap(m);
}

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SynchronizedMap 内部包含一个对象锁 Object mutex ，它本质上是一个包装类，将 HashMap 的读写操作重新实现了一次，我们看到每次读写时，都会用 synchronized 关键字来保证操作的线程安全。

虽然 Collections.synchronizedMap 这种技巧使用起来非常简单，但是我们需要理解它的每次读写都会加锁，性能并不会特别好。

5.总结

这篇文章，笔者总结了四种线程安全的使用 HashMap 的技巧。

1）方法内部：每个线程创建单独的 HashMap

这是我们使用最普遍，也是非常可靠的方式。每个线程在方法体内部创建HashMap 实例，在多线程环境下，不需要对 HashMap 进行任何同步操作。

2） 配置数据：初始化单线程写，后续只提供读

中间件在启动时，会读取配置文件，将配置数据写入到 HashMap 中，主线程写完之后，以后不会再有写入操作，其他的线程可以读取，不会产生线程安全问题。

3）读写锁：读读不互斥，读写互斥，写写互斥

读写锁是一把锁分为两部分：读锁和写锁，其中读锁允许多个线程同时获得，而写锁则是互斥锁。

它的规则是：读读不互斥，读写互斥，写写互斥，适用于读多写少的业务场景。

使用读写锁操作 HashMap 是一个非常经典的技巧，消息中间件 RockeMQ NameServer （名字服务）保存和查询路由信息都是通过这种技巧实现的。

4）Collections.synchronizedMap  : 读写均加锁

Collections.synchronizedMap 方法使用了装饰器模式为线程不安全的 HashMap 提供了一个线程安全的装饰器类 SynchronizedMap。

通过 SynchronizedMap 来间接的保证对 HashMap 的操作是线程安全，而 SynchronizedMap 底层也是通过 synchronized 关键字来保证操作的线程安全。