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8.Collections.synchronizedMap 与 ConcurrentMap 的区别与适用场景

news 2025/11/15 12:33:02

Collections.synchronizedMap 与 ConcurrentMap 的区别与适用场景

🚀 高频指数：★★★★☆
🎯 你将收获：Java中两种线程安全Map的核心原理、性能差异、使用场景与底层机制。

一、问题导入

💬 面试官：

你知道 Collections.synchronizedMap() 和 ConcurrentHashMap 的区别吗？
什么时候该用前者，什么时候该用后者？

很多开发者知道“一个用同步块，一个高并发”，但不清楚它们的本质差异。
这题表面是集合问题，实际上考察的是：锁粒度 + 并发机制 + 线程安全保证层级。

二、两者的基本定义

类型	来自包	出现版本	线程安全机制
Collections.synchronizedMap()	`java.util`	JDK 1.2	外层整体加锁（synchronized）
ConcurrentHashMap	`java.util.concurrent`	JDK 1.5	分桶锁 + CAS + 局部 synchronized

☕️ 口诀：“一个外包锁，一个分区锁。”

三、Collections.synchronizedMap 原理

Collections.synchronizedMap() 是通过装饰器模式包装普通的 Map，
在所有访问操作上加 synchronized，保证原子性。

核心实现：

public static <K,V> Map<K,V> synchronizedMap(Map<K,V> m) {return new SynchronizedMap<>(m);
}static class SynchronizedMap<K,V> implements Map<K,V>, Serializable {private final Map<K,V> m;final Object mutex; // 共享锁对象public V get(Object key) {synchronized (mutex) { return m.get(key); }}public V put(K key, V value) {synchronized (mutex) { return m.put(key, value); }}
}

特点：

每次访问（get、put、remove）都加全局锁；
同一时间仅允许一个线程访问 Map；
线程安全但并发性能差；
迭代时需手动加锁，否则可能抛出异常。

Map<String,String> map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
synchronized (map) {for (String key : map.keySet()) { ... }
}

四、ConcurrentHashMap 原理

ConcurrentHashMap 内部通过 分段锁 + CAS + 局部 synchronized 实现高并发访问。

特点：

读操作无锁；
写操作仅锁定单个桶（Node链表或树）；
多线程同时写入不同桶互不影响；
支持弱一致性遍历（不会抛异常）。

✅ 相比 synchronizedMap，ConcurrentHashMap 性能更高，可并发写入。

五、并发特性对比

对比项	Collections.synchronizedMap	ConcurrentHashMap
线程安全	✅	✅
锁粒度	整个Map（全局锁）	桶级锁（局部锁）
读操作	加锁	无锁
写操作	加锁	CAS + synchronized
并发度	1（单线程访问）	多线程（默认支持16+并发）
迭代时修改	抛 ConcurrentModificationException	弱一致性，安全
是否允许 null 键/值	✅	❌
性能表现	低并发时可接受	高并发性能优越

☕️ 口诀：“同步Map一锁到底，并发Map桶桶分离。”

六、源码差异（简化版）

synchronizedMap：

public V put(K key, V value) {synchronized (mutex) {return m.put(key, value);}
}

ConcurrentHashMap：

final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {for (;;) {if (casTabAt(tab, i, null, new Node<>(hash, key, value, null)))break; // 无锁插入成功else synchronized (f) {// 局部锁写入}}
}

七、性能表现（结论）

并发场景	建议选择	原因
低并发，线程少	✅ synchronizedMap	简单稳定
高频读写并发	✅ ConcurrentHashMap	性能高
多线程缓存	✅ ConcurrentHashMap	支持CAS与分段扩容
迭代读取	✅ ConcurrentHashMap	支持弱一致性

⚙️ 实际工程中，ConcurrentHashMap 已几乎完全取代 synchronizedMap。

八、项目实战建议

缓存、在线用户表、任务状态表：使用 ConcurrentHashMap。
同步块简化、低并发配置类 Map：可用 synchronizedMap。
迭代同步时，Collections.synchronizedMap 需外层 synchronized (map)。
不要在高并发环境下使用 synchronizedMap 做计数器或任务队列。

九、面试官追问清单

面试问题	答题要点
线程安全 Map 有哪些？	Hashtable、synchronizedMap、ConcurrentHashMap
Hashtable 和 synchronizedMap 区别？	Hashtable 内部方法自带 synchronized，前者是装饰器包装。
为什么 ConcurrentHashMap 性能高？	分桶锁 + CAS 并发写入，无全局锁。
get 操作是否加锁？	synchronizedMap 会加锁；ConcurrentHashMap 不加锁。
允许 null 吗？	synchronizedMap 允许，ConcurrentHashMap 不允许。

十、口诀记忆

☕️ “同步一锁全，分桶并发高；读锁卡顿多，CAS 提速跑。”

十一、小结

知识点	关键结论
synchronizedMap	全局锁，简单但性能差
ConcurrentHashMap	分桶锁 + CAS，读写并行
适用场景	前者低并发，后者高并发
锁粒度	整体 vs 局部
是否推荐	新项目中推荐 ConcurrentHashMap