1. 概述
在本教程中，我们将讨论Collections.synchronizedMap()和ConcurrentHashMap之间的区别。
此外，我们还将查看每个读取和写入操作的性能输出。
2. 差异
Collections.synchronizedMap()和ConcurrentHashMap都提供对数据集合的线程安全操作。
Collections实用程序类提供了对集合进行操作并返回包装集合的多态算法。它的synchronizedMap()方法提供了线程安全的功能。
顾名思义，synchronizedMap()返回由我们在参数中提供的Map支持的同步Map。为了提供线程安全，synchronizedMap()允许通过返回的Map对后备Map进行所有访问。
ConcurrentHashMap是在JDK 1.5中作为HashMap的增强功能引入的，它支持检索和更新的高并发性。HashMap不是线程安全的，因此它可能会在线程争用期间导致不正确的结果。
ConcurrentHashMap类是线程安全的。因此，多个线程可以毫不复杂地操作单个对象。
在ConcurrentHashMap中，读操作是非阻塞的，而写入操作对特定段或存储桶进行锁定。默认的存储桶或并发级别为16，这意味着在锁定段或存储桶后，16个线程可以随时写入。
2.1 ConcurrentModificationException
对于像HashMap这样的对象，不允许执行并发操作。因此，如果我们尝试在迭代HashMap时更新它，我们将得到ConcurrentModificationException。使用synchronizedMap()时也会发生这种情况：
@Test(expected = ConcurrentModificationException.class)
public void whenRemoveAndAddOnHashMap_thenConcurrentModificationError() {
Map<Integer, String> map = new HashMap<>();
map.put(1, "tuyucheng");
map.put(2, "HashMap");
Map<Integer, String> synchronizedMap = Collections.synchronizedMap(map);
Iterator<Entry<Integer, String>> iterator = synchronizedMap.entrySet().iterator();
while (iterator.hasNext()) {
synchronizedMap.put(3, "Modification");
iterator.next();
}
}
但是，ConcurrentHashMap并非如此：
Map<Integer, String> map = new ConcurrentHashMap<>();
map.put(1, "tuyucheng");
map.put(2, "HashMap");
Iterator<Entry<Integer, String>> iterator = map.entrySet().iterator();
while (iterator.hasNext()) {
map.put(3, "Modification");
iterator.next()
}
Assert.assertEquals(3, map.size());
2.2 null支持
Collections.synchronizedMap()和ConcurrentHashMap以不同方式处理空键和空值。
ConcurrentHashMap不允许在键或值中使用null：
@Test(expected = NullPointerException.class)
public void allowNullKey_In_ConcurrentHasMap() {
Map<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();
map.put(null, 1);
}
但是，在使用Collections.synchronizedMap()时，空支持取决于输入Map。当Collections.synchronizedMap()由HashMap或LinkedHashMap支持时，我们可以将一个null作为键和任意数量的null值，而如果我们使用TreeMap，我们可以有null值但不能有null键。
让我们断言我们可以对由HashMap支持的Collections.synchronizedMap()使用空键：
Map<String, Integer> map = Collections
.synchronizedMap(new HashMap<String, Integer>());
map.put(null, 1);
Assert.assertTrue(map.get(null).equals(1));
同样，我们可以验证Collections.synchronizedMap()和ConcurrentHashMap的值是否支持空值。
3. 性能比较
让我们比较一下ConcurrentHashMap与Collections.synchronizedMap()的性能。在这种情况下，我们使用开源框架Java Microbenchmark Harness(JMH)以纳秒为单位比较这些方法的性能。
我们对这些Map上的随机读写操作进行了比较。让我们快速浏览一下我们的JMH基准测试代码：
@Benchmark
public void randomReadAndWriteSynchronizedMap() {
Map<String, Integer> map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<String, Integer>());
performReadAndWriteTest(map);
}
@Benchmark
public void randomReadAndWriteConcurrentHashMap() {
Map<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();
performReadAndWriteTest(map);
}
private void performReadAndWriteTest(final Map<String, Integer> map) {
for (int i = 0; i < TEST_NO_ITEMS; i++) {
Integer randNumber = (int) Math.ceil(Math.random() * TEST_NO_ITEMS);
map.get(String.valueOf(randNumber));
map.put(String.valueOf(randNumber), randNumber);
}
}
我们使用5次迭代和10个线程对1000个元素运行性能基准测试，让我们看看基准测试结果：
Benchmark Mode Cnt Score Error Units
MapPerformanceComparison.randomReadAndWriteConcurrentHashMap avgt 100 3061555.822 ± 84058.268 ns/op
MapPerformanceComparison.randomReadAndWriteSynchronizedMap avgt 100 3234465.857 ± 60884.889 ns/op
MapPerformanceComparison.randomReadConcurrentHashMap avgt 100 2728614.243 ± 148477.676 ns/op
MapPerformanceComparison.randomReadSynchronizedMap avgt 100 3471147.160 ± 174361.431 ns/op
MapPerformanceComparison.randomWriteConcurrentHashMap avgt 100 3081447.009 ± 69533.465 ns/op
MapPerformanceComparison.randomWriteSynchronizedMap avgt 100 3385768.422 ± 141412.744 ns/op
上述结果表明ConcurrentHashMap的性能优于Collections.synchronizedMap()。
4. 何时使用
当数据一致性至关重要时，我们应该更倾向于Collections.synchronizedMap()，对于写操作远多于读操作的性能关键型应用程序，我们应该选择ConcurrentHashMap。
这是因为Collections.synchronizedMap()要求每个线程为读/写操作获取整个对象的锁。相比之下，ConcurrentHashMap允许线程在集合的不同段上获取锁，并同时进行修改。
5. 总结
在本文中，我们展示了ConcurrentHashMap和Collections.synchronizedMap()之间的区别，并使用简单的JMH基准测试展示了它们的性能。
与往常一样，本教程的完整源代码可在GitHub上获得。
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