基于ConcurrentHashMap的弱一致迭代器

Question

实际上，Java并发性提到：

ConcurrentHashMap返回的迭代器比失败快速迭代器具有弱的一致性。弱一致性迭代器可以容忍并发修改，遍历迭代器构造时存在的元素，并且可以(但不能保证)反映迭代器构造后对集合的修改。

1. 如何使迭代器弱一致或故障安全有助于并发环境，因为ConcurrentHashMap的静止状态将被修改。唯一的问题是它不会抛出ConcurrentModificationException。
2. 为什么在创建故障安全迭代器时集合返回故障快速迭代器有利于并发性。

Answer 1

在特定情况下的正确性

请记住，失败快速迭代器迭代原来的集合。

相反，失败安全的(即弱一致的)迭代器在原始集合的副本上迭代。因此，对原始集合的任何更改都不会被注意到，这就是它如何保证缺少ConcurrentModificationException的原因。

回答你的问题：

1. 使用失败安全的迭代器有助于并发，因为您不必阻止整个集合上的读取线程。当读取发生时，可以在下面修改集合。缺点是在创建迭代器时，读取线程会将集合的状态视为快照。
2. 如果上述限制不利于您的特定用例(您的读者应该始终看到集合的相同状态)，则必须使用失败快速迭代器，并更严格地控制对集合的并发访问。

正如您所看到的，这是在用例的正确性和速度之间的权衡。

ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap (CHM)利用多种技巧来提高访问的并发性。

• 首先，CHM实际上是由多个映射组成的一组；每个MapEntry存储在一个段的数量中，本身就是一个可并发读取的哈希表(read方法不阻塞)。
• 段的数量是3个参数构造函数中的最后一个参数，它被称为concurrencyLevel (默认16)。段数决定了整个数据中并发写入器的数量。通过附加的内部哈希算法，保证了条目在各段之间的均匀扩展。
• 每个HashMapEntry的值都是volatile，从而确保了竞争修改和后续读取的细粒度一致性；每次读取都反映了最近完成的更新。
• 迭代器和枚举是失败安全的--反映了自迭代器/枚举创建以来的某个时刻的状态；这允许同时读取和修改，而代价是降低一致性。

Answer 2

博士:因为锁。

如果您想要一个一致的迭代器，那么您必须将所有修改的锁定到Map --这在并发环境中是一个很大的损失。

当然，如果这是您想要的，您可以手动执行，但是迭代Map并不是它的目的，因此默认行为允许在迭代时并发写入。

相同的参数不适用于普通集合，这些集合只能(允许)由单个线程访问。ArrayList上的迭代应该是一致的，所以失败的快速迭代器会执行一致性。

Answer 3

首先，并发集合的迭代器不是故障安全，因为它们没有能够以某种方式处理某种紧急过程的故障模式。他们不会失败的。

非并发集合的迭代器由于性能原因而失败，因为它们的设计方式不允许修改它们所遍历的集合的内部结构。例如，当hashmap被调整大小时，hashmap的迭代器将不知道如何在重组后继续迭代。

这意味着它们不仅会因为其他线程访问它们而失败，如果当前线程执行的修改使迭代器的假设无效，它们也会失败。

这些集合没有忽略那些麻烦的修改，而是返回不可预测和损坏的结果，而是尝试跟踪修改，并在迭代期间抛出异常，通知程序员某些地方出了问题。这叫做抗故障。

这些故障快速机制也不是线程安全的。这意味着，如果非法修改不是发生在当前线程，而是来自不同的线程，那么它们将不再被检测到。在这种情况下，它只能被认为是一种尽力而为的故障检测机制。

另一方面，并发集合的设计必须能够同时处理多次写入和读取，并且底层结构不断变化。

因此迭代器不能总是假设底层结构在迭代期间从未被修改过。

相反，它们的设计目的是提供较弱的保证，例如迭代过时的数据，或者还可能显示在创建迭代器之后发生的一些但不是所有的更新。这也意味着，当它们在单个线程中的迭代过程中被修改时，它们可能返回过时的数据，这对程序员来说可能有点违背直觉，因为人们通常期望在单个线程中立即看到修改。

示例：

HashMap：尽力而为的失败快速迭代器.

• 迭代器支持移除
• 来自同一线程的结构修改，例如在迭代期间对映射进行clear()：保证在下一个迭代器步骤中抛出一个ConcurrentModificationException
• 迭代过程中来自不同线程的结构修改:迭代器通常会抛出异常，但也可能导致不一致、不可预测的行为。

CopyOnWriteArrayList：快照迭代器

• 迭代器不支持删除。
• 迭代器显示在创建时冻结的项的视图。
• 集合可以在迭代期间由任何线程(包括当前线程)进行修改，而不会导致异常，但它对迭代器访问的项没有任何影响。
• 列表的clear()不会停止迭代
• 迭代器从不抛出CME

ConcurrentSkipListMap：弱一致迭代器

• 迭代器支持删除，但可能会导致令人惊讶的行为，因为它完全基于Map键，而不是当前值
• 迭代器可能会看到自创建以来发生的更新，但并不一定会这样做。这意味着，例如，映射的clear()可能停止迭代，也可能不停止迭代，删除条目可能也可能不会阻止它们在剩余的迭代过程中出现。
• 迭代器从不抛出CME