Bezpieczne Mapy w Javie?

W Javie istnieje kilka sposobów tworzenia bezpiecznych wątkowo Map. Przez to, iż istnieje kilka sposobów, może to prowadzić do zakłopotania, który z nich wybrać. W dzisiejszym wpisie omówimy sobie trzy najpopularniejsze sposoby tworzenia synchronizowanych map, czyli Hashtable, SynchronizedMap oraz ConcurrentHashMap, zapraszam!

Hashtable

Przed pojawieniem się frameworku java.util.Concurrent, użytkownicy Javy musieli w jakiś sposób radzić sobie z synchronizacją. Od JDK 1.0 jest z nami klasa Hashtable, która posiada następujące właściwości:

• Nie można używać wartości null jako klucz lub wartość (rzuca NullPointerException)
• Operacje zapis/odczyt są opakowane słowem synchronized (co powoduje zablokowanie całej mapy tylko dla jednego wątku)
• Użycie synchronized ma wpływ na wydajność (implementacja ta jest bardzo wolna)
• Wewnętrznie używa własnego Enumertor’a (który jest iteratorem typu “fail fast”) do przeglądania obiektów, który może rzucić ConcurrentModificationException

Hashtable<String, String> synchronizedMap = new Hashtable<>();
synchronizedMap.put(null, "Code"); //NPE
synchronizedMap.put("Couple", null); //NPE

SynchronizedMap

Klasa Collections dostarcza metodę synchronizedMap(Map<K,V> m), która pozwala nam stworzyć Map synchronizowaną na podstawie istniejącego egzemplarza mapy. Wewnętrznie, metoda ta tworzy nową mapę korzystając z klasy SynchronizedMap, która podobnie jak Hashtable posiada wszystkie metody synchronizowane (bardzo słaba wydajność). Różnicą w stosunku do Hastable jest to, iż można przechowywać null jako klucz oraz wartość.

Map<String, String> map = new HashMap<>();
Map<String, String> synchronizedMap = Collections.synchronizedMap(map);
synchronizedMap.put(null, "Code");
synchronizedMap.put("Couple", null);

ConcurrentHashMap

Niestety, powyższe dwa sposoby dostarczają kolekcję “thread-safe” z ubogą wydajnością. We frameworku java.util.Concurrent znajdziemy kolekcję, która jest “bezpieczna” wątkowo i jest jednocześnie szybka. Jest to kolekcja ConcurrentHashMap. W odróżnieniu, do dwóch poprzednich kolekcji jest ona synchronizowana na operacje zapisu, tylko na konkretnie wykorzystywanym bucket’cie. Dzięki tej właściwości, operacje zapisu mogą być wykonywane równolegle do dwóch różnych bucket’ów. Oczywiście, jeśli częściej odczytujemy wartości, to może się zdarzyć sytuacja, w której dostaniemy niepoprawne dane. Jeśli natomiast, wykonujemy dużo więcej operacji zapisu, kolekcja ta jest bardzo dobrym wyborem. Podobnie jak Hashtable, w kolekcji tej nie możemy przechowywać klucza oraz wartości null.

ConcurrentHashMap<String, String> synchronizedMap = new ConcurrentHashMap<>();
synchronizedMap.put(null, "Code"); //NPE
synchronizedMap.put("Couple", null); //NPE

Co wybrać?

Sposób synchronizacji wykorzystywany w ConcurrentHashMap jednoznacznie wskazuje ją jako najlepszy wybór dla Map synchronizowanych, jeśli wykonujemy wiele operacji zapisu, a spójność danych przy odczycie nie jest dla nas krytycznie istotna. Jeśli natomiast spójność danych jest dla nas priorytetem, najlepiej wykorzystać klasę Collections, która tworzy dla nas mapy synchronizowane. Ponadto, odnośnie Hashtable pojawia się ciekawy wpis w JavaDoc’u tejże klasy:

* Java Collections Framework</a>.  Unlike the new collection
* implementations, {@code Hashtable} is synchronized.  If a
* thread-safe implementation is not needed, it is recommended to use
* {@link HashMap} in place of {@code Hashtable}.  If a thread-safe
* highly-concurrent implementation is desired, then it is recommended
* to use {@link java.util.concurrent.ConcurrentHashMap} in place of
* {@code Hashtable}.