SynchronizedMap 与 ConcurrentHashMap：并发编程中的选择

在 Java 并发编程中，数据结构的选择对系统的性能和一致性有着重要影响。当涉及到多线程环境下的共享数据，Java 提供了多种并发安全的集合类，其中包括 SynchronizedMap 和 ConcurrentHashMap。虽然两者都可以用于多线程环境，但它们在性能和实现方式上有显著区别。本文将深入探讨 SynchronizedMap 和 ConcurrentHashMap 的特点、它们之间的区别以及应用场景。

1. 什么是 SynchronizedMap？

SynchronizedMap 是 Java 中通过将常规的 Map 进行同步来实现线程安全的一种方式。可以通过使用 Collections.synchronizedMap() 方法来创建一个 SynchronizedMap。它的基本原理是对 Map 的每一个操作方法（例如 put()、get()）进行同步，以确保同一时刻只有一个线程可以访问该方法。

示例代码：

import java.util.Collections;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class SynchronizedMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, String> synchronizedMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
        synchronizedMap.put("key1", "value1");
    }
}

在上面的例子中，synchronizedMap 是基于 HashMap 实现的线程安全的集合。Collections.synchronizedMap() 会将所有访问 Map 的方法都加上同步锁（synchronized），从而使得多个线程可以安全地访问它。

2. 什么是 ConcurrentHashMap？

ConcurrentHashMap 是 Java 并发包中的一个集合类，位于 java.util.concurrent 包下，用于在多线程环境中高效地处理并发访问。与 SynchronizedMap 不同，ConcurrentHashMap 通过**分段锁（Segmented Locking）**的机制来提高并发性能，这意味着它允许多个线程同时读取或者写入不同的部分。

示例代码：

import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

public class ConcurrentHashMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        ConcurrentHashMap<String, String> concurrentHashMap = new ConcurrentHashMap<>();
        concurrentHashMap.put("key1", "value1");
    }
}

在这个例子中，concurrentHashMap 能够支持高并发的访问，性能优于 SynchronizedMap，尤其在大量读写操作的场景下。

3. SynchronizedMap 与 ConcurrentHashMap 的区别

3.1 锁的粒度

SynchronizedMap：SynchronizedMap 对 Map 的所有操作都加锁，这意味着无论是 put()、get() 还是其他访问操作，同一时刻只能有一个线程访问 Map，这会导致严重的性能瓶颈，特别是在多线程频繁访问时。
ConcurrentHashMap：ConcurrentHashMap 使用的是分段锁机制，Java 8 以后甚至进一步优化为桶锁机制。这意味着多个线程可以并发地操作 Map 的不同部分，从而实现更高的并发性能。例如，多个线程可以同时读取或写入不同的桶（Bucket），不会相互干扰。

3.2 线程安全机制

SynchronizedMap：完全依赖于 synchronized 关键字来实现线程安全，这意味着所有访问 Map 的操作都会被序列化。虽然这保证了线程安全，但对性能影响较大。
ConcurrentHashMap：通过分段锁和非阻塞操作，保证了更高的性能和线程安全。ConcurrentHashMap 使用了一种乐观并发控制的方式，在多数情况下避免了全局锁定。

3.3 读取操作

SynchronizedMap：在使用 get() 方法时也会锁住整个 Map，这意味着即使是读操作，也需要获取锁，这显然会降低读取性能。
ConcurrentHashMap：读取操作通常是无锁的，特别是在 Java 8 之后，ConcurrentHashMap 使用了改进后的并发控制技术，可以在绝大部分读操作中避免加锁，从而实现非常高效的读性能。

3.4 `null` 值的处理

SynchronizedMap：允许 null 作为键或值。
ConcurrentHashMap：不允许使用 null 作为键或者值。这是为了防止多线程环境下的潜在 NullPointerException 问题。

4. 性能对比

锁的粒度：SynchronizedMap 锁的粒度非常粗，任何线程对 Map 的操作都会锁住整个对象。而 ConcurrentHashMap 锁的粒度细，可以让多个线程并发操作不同部分。
性能表现：对于大量并发访问的场景，ConcurrentHashMap 提供了更好的性能，因为它允许高并发读写。相反，SynchronizedMap 由于频繁地锁定和解锁，性能可能会受到较大影响。