为什么HashMap是线程不安全的？多线程程序里的魔盒

2023-11-15 22:50:17

HashMap 的线程安全陷阱：并发中的隐患

在多线程应用程序的世界中，HashMap 是一位备受推崇的集合类，以其快速的查找速度和出色的效率而闻名。然而，当我们踏入并发编程的领域时，HashMap 就暴露出了一个隐藏的陷阱——线程安全性问题 。

线程安全性的雷区

想象一下，两个线程同时尝试修改一个 HashMap。它们就像两个厨师试图同时烹饪同一锅汤，很可能会出现一些混乱。一个线程可能会覆盖另一个线程的更改，导致数据不一致。这就好比厨房里发生了食品灾难！

为了更好地理解，让我们以一个具体的例子来说明：

Map<String, Integer> votes = new HashMap<>();

Thread thread1 = new Thread(() -> {
    votes.put("Candidate A", 100);
});

Thread thread2 = new Thread(() -> {
    votes.put("Candidate B", 150);
});

thread1.start();
thread2.start();

// 主线程等待子线程完成
thread1.join();
thread2.join();

System.out.println("最终投票结果：" + votes);

在这个示例中，两个线程并发地向 HashMap 添加投票数据。问题在于，HashMap 不是线程安全的，这意味着它不能保证在多线程环境下数据的正确性。最终打印出的结果可能不是每个候选人的实际票数，因为一个线程的更改可能被另一个线程覆盖。

解决线程安全问题的妙招

为了避免陷入 HashMap 的线程安全陷阱，我们可以采用以下两种方法：

1. 同步：为 HashMap 加锁

就像给厨房的门上锁一样，同步可以防止多个线程同时访问 HashMap。我们可以使用 synchronized 或 ReentrantLock 类来对 HashMap 的读写操作进行同步。这样做可以确保每次只有一个线程能够访问 HashMap，从而避免了数据冲突。

public class ThreadSafeHashMap<K, V> {

    private final Map<K, V> map = new HashMap<>();

    public synchronized V get(K key) {
        return map.get(key);
    }

    public synchronized void put(K key, V value) {
        map.put(key, value);
    }
}

虽然同步可以保证线程安全性，但它也有一个缺点：性能下降。因为每次只有一个线程可以访问 HashMap，所以其他线程只能等待，这可能会降低应用程序的整体效率。

2. 并发容器：更优雅的解决方案

为了在保证线程安全性的同时提高性能，我们可以使用并发容器。并发容器是一种专门为多线程环境设计的集合类，它提供了比 HashMap 更高的并发性，同时还能保证线程安全性。

Java 中提供了多种并发容器，包括 ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList 和 ConcurrentSkipListSet 等。这些并发容器都实现了线程安全性，并且提供了更高的并发性。

Map<String, Integer> votes = new ConcurrentHashMap<>();

Thread thread1 = new Thread(() -> {
    votes.put("Candidate A", 100);
});

Thread thread2 = new Thread(() -> {
    votes.put("Candidate B", 150);
});

thread1.start();
thread2.start();

// 主线程等待子线程完成
thread1.join();
thread2.join();

System.out.println("最终投票结果：" + votes);