Java ConcurrentHashMap不是线程安全的？怎么回事？

Question

我之前使用的是HashMap，像这样：

   public Map<SocketChannel, UserProfile> clients = new HashMap<SocketChannel, UserProfile>();

现在我已经切换到ConcurrentHashMap来避免同步块，但是现在我遇到了问题，我的服务器每秒钟有200-400个并发客户端，预计随着时间的推移会增加负载。

现在代码看起来像这样：

public ConcurrentHashMap<SocketChannel, UserProfile> clients = new ConcurrentHashMap<SocketChannel, UserProfile>();

我的服务器设计如下。我有一个工作线程来处理大量的数据包。每个数据包都会被检查，使用packetHandler子程序（不是线程的一部分），几乎任何客户端都可以随时调用它，就像静态方法一样。

我的整个服务器大部分都是单线程的，除了数据包处理部分。

无论如何，当有人使用命令来计算在线客户端数量并获取一些信息时，可能会出现问题。同时，在计数过程中，客户端也可能会断开连接并从ConcurrentHashMap中删除（这会导致问题）。

此外，我想在这里添加一些代码。

                int txtGirls=0;
                int vidGirls=0;
                int txtBoys=0;
                int vidBoys=0;
                Iterator i = clients.values().iterator();
                while (i.hasNext()) {
                    UserProfile person = (UserProfile)i.next();
                    if(person != null) {
                        if(person.getChatType()) {
                            if(person.getGender().equals("m"))
                                vidBoys++;
                            else //<-- crash occurs here.
                                vidGirls++;
                        } else if(!person.getChatType()) {
                            if(person.getGender().equals("m"))
                                txtBoys++;
                            else
                                txtGirls++;
                        }
                    }
                }

我的意思是，我会通过在迭代器中添加try-catch异常来解决这个问题，以跳过这些空客户端。

但是我不明白，如果上面检查了if(person != null)，那么嵌套的代码不应该自动工作吗？

如果它不工作，那就意味着在迭代时已经移除了该项，但这应该是不可能的，因为它是线程安全的，怎么回事？

我该怎么做？还是使用try-catch异常是最好的方法？

这里是异常信息：

java.lang.NullPointerException
    at Server.processPackets(Server.java:398)
    at PacketWorker.run(PacketWorker.java:43)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:636)

processPackets函数包含上述代码，注释中标注了行数 #。

感谢您的启示。

- SSpoke

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你尝试过Collections.synchronizedMap(map)吗？ - zengr

"TF" 的含义是ConcurrentHashMap已经具备线程安全的特性，但你希望在此基础上获得其他功能。 - Stephen C

如果您能解释“crash occurs here”是什么意思，那将有所帮助。这里的“crash”指的是什么类型的错误？异常是什么？ - Stephen C

请回答@Stephen C的问题，并将其改写为一个问题，而不是一个故事。 - Jacob Tomaw

抱歉，我对这整个问题都是新手，但我编辑了问题并放置了异常错误，但堆栈跟踪仍然非常模糊。你们有什么建议，而不是扩展类的简单方法？我会尝试复制集合的想法，但我不确定是否可以100％安全，因为所有对象都通过引用链接在一起，所以如果复制的对象在其他地方被拆除/销毁，那么这种方法就有点无意义了。 - SSpoke

JAVA DOC（http://docs.oracle.com/javase/6/docs/api/index.html?overview-summary.html）表示ConcurrentHashMap类在依赖于其线程安全性而不依赖于其同步细节的程序中与Hashtable完全互操作。 - Kanagavelu Sugumar

Answer 1

你需要阅读 javadocs 的 ConcurrentHashMap.values() 方法，并特别注意该集合的迭代器如下所述：

“此视图的迭代器是一种‘弱一致性’的迭代器，永远不会抛出 ConcurrentModificationException 异常，并保证遍历构造迭代器时存在的元素，可能（但不保证）会反映构造之后的任何修改。”

该迭代器不能给你值集合状态的一致快照，但它是线程安全的，并且期望的行为范围已经被明确定义了。

如果你想要一个能同时允许你并发修改和给你一致快照的 Map 实现（包括值、键或条目），那么你可能需要创建一个自定义的 Map 包装类（可以原子地复制集合）……或者完整的自定义 Map 实现。两者都比 ConcurrentHashMap 在你的用例中慢得多。

- Stephen C

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“原子性”指的是作为单个不可中断的操作；请参阅http://en.wikipedia.org/wiki/Atomicity_%28programming%29。顺便说一句，在Java中没有所谓的（原子）本地复制方法。在Java中保证原子性的唯一方法是使用基元或`java.util.concurrent.*`锁定，或使用`volatile`。这两种方法都有注意事项。 - Stephen C

如果NPE确实发生在您指定的位置，那么很可能不是由迭代器返回的null引起的。更有可能的是person.getGender()返回了null。 - Stephen C

好的，这是getGender()。我忽视了性别不是和类一起构建的，而是稍后从响应包中传来，可能正是这种延迟导致了空值。 - SSpoke

我想问最后一个问题，我现在似乎得到的印象是，在迭代ConcurrentHashMap时，我不能进行修改，例如使用put/remove？无论在哪个位置？如果是这样，它会跳过使用put/remove或设置块的代码吗？这两种情况都很糟糕，但希望它会阻塞..我会设置测试，但也许你们可以更快地给我答案。 - SSpoke

@SSpoke - （我没有放弃这个话题，但是我的生活中也有其他事情发生。）您可以在迭代时修改地图。然而，您可能会或可能不会观察到并行迭代的修改结果。这就是javadoc所说的。 - Stephen C

Answer 2

我认为你的代码没有问题。因为很少有情况是崩溃发生在else语句，更可能的是getGender()方法返回了null。

- Steve Emmerson

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是的，就是这样。但那是因为 person 为空。看起来我会采用将值复制到集合中的想法？不知道那是否能解决它？ - SSpoke

@SSpoke 在你的代码中，person.getChatType() 不可能不实现空值检查，然后再对 person.getGender() 进行空值检查。我认为你误解了你的 NullPointerException。 - Jacob Tomaw

Answer 3

java.util.concurrent.ConcurrentHashMap不允许使用null值。因此，你代码中的null检查（person != null）是不必要的。

如果你想在迭代时禁止修改Map，你必须在上述代码和所有修改操作代码中使用同步块。

- heekyu

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谢谢你，我会把它删除（希望你没有提供错误信息，抱歉有些失礼）。但是感谢你们，我每天都学到新的技巧！ - SSpoke

@SSpoke JavaDoc清楚地表明@heekyu并没有发布虚假信息。http://download.oracle.com/javase/6/docs/api/java/util/concurrent/ConcurrentHashMap.html - Jacob Tomaw

Answer 4

你可能会发现，在迭代过程中无法修改映射表。如果是这种情况，你可以将值和键存储在一个单独的集合中，并遍历该集合，因为它是不可变的。

这并不完美，但另一种选择是扩展ConcurrentHashMap，当添加或删除某些内容时，更新这四个变量，这样你就不必每次都遍历整个列表，因为那似乎是浪费CPU周期。

以下是几个可能有用的链接：

这篇文章谈到了改进并发性的原因是因为放松了一些承诺。 http://www.ibm.com/developerworks/java/library/j-jtp07233.html

内存一致性属性解释： http://download-llnw.oracle.com/javase/6/docs/api/java/util/concurrent/package-summary.html#MemoryVisibility

- James Black

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true。我浪费了很多CPU周期，但覆盖CocurrentHashMap似乎太麻烦了，因为这只是一个命令...还有许多类似的命令要跟随。 - SSpoke

嗨，詹姆斯，我能不能百分之百确定一件事情？如果分配给每个客户端的UserProfile类被复制到一个新的集合中，并且我要迭代它，如果ConcurrentHashMap删除了那个UserProfile，那么这个引用（指针？）是不是相同的？这意味着两者都会被删除吗？你能帮我澄清一下吗？ - SSpoke

Answer 5

ConcurrentHashMap是线程安全的，它的功能也是线程安全的，但这并不意味着你使用ConcurrentHashMap的所有代码行都是线程安全的。 你需要同步代码块。你正在迭代并尝试从ConcurrentHashMap获取对象，但在中间某个其他线程有机会从相同的ConcurrentHashMap中删除对象，这导致你的线程抛出了NPE错误。

- Vivek Paliwal