ConcurrentHashMap 中的并行性

ConcurrentHashMap 在多线程应用程序中被广泛使用。多线程应用程序的示例包括在线游戏应用程序、聊天应用程序，它为应用程序增加了并发性的好处。为了使应用程序本质上更具并发性，ConcurrentHashMap 引入了一个名为“并行性”的概念。

在本文中，我们将了解有关 ConcurrentHashMap 中的并行性的更多信息。

什么是并行性？

基本上，并行计算将问题分解为子问题，然后并行解决这些子问题，最后将子问题的结果合并起来。此时子问题将在单独的线程中运行。

Java 对 ConcurrentHashMap 中的并行性支持

为了利用 ConcurrentHashMap 中的并行性，我们需要使用 Java 1.8 及以上版本。低于 1.8 的 Java 版本不支持并行性。

并行处理的通用框架

Java 引入了一个名为“fork and join”的框架来实现并行计算。它利用java.util.concurrent.ForkJoinPool API 来实现并行计算。此 API 用于在 ConcurrentHashMap 中实现并行性。

ConcurrentHashMap 中的并行方法

ConcurrentHashMap 借助并行度阈值有效地利用了并行计算。它是一个数值，默认值为 2。

以下是 ConcurrentHashMap 中具有并行功能的方法。

• forEach()
• 减少（）
• 减少条目（）
• forEachEntry（）
• forEachKey()
• forEachValue（）

ConcurrentHashMap 以稍微不同的方式处理并行性，如果您查看上述方法的方法参数，您就会明白这一点。这些方法中的每一个都可以将并行性阈值作为参数。

首先，并行度是一个可选功能，我们可以通过在代码中添加适当的并行阈值来启用该功能。

不具备并行性的 ConcurrentHashMap 的使用

让我们举一个替换 ConcurrentHashMap 的所有字符串值的例子。这是在没有使用并行性的情况下完成的。

例如：
ConcurrentHashMap.forEach **((k,v) -> v=””); **

这很简单，我们迭代 ConcurrentHashMap 中的所有条目，并用空字符串替换值。在这种情况下，我们不使用并行性

并行使用 ConcurrentHashMap

例如：
ConcurrentHashMap.forEach (2, (k,v) -> v=””);

上面的例子迭代了一个ConcurrentHashMap，并用空字符串替换了map的值。forEach()方法的参数是并行度阈值和一个功能接口。在这种情况下，问题将被分成子问题。

这里的问题是用空字符串替换 ConcurrentHashMap 的值。这是通过将这个问题分成子问题来实现的，即为子问题创建单独的线程，每个线程将专注于用空字符串替换该值。

当启用并行性时会发生什么 ？

当启用并行度阈值时，JVM 将创建线程，每个线程都会运行以解决问题并将所有线程的结果合并在一起。此值的意义在于，如果记录数已达到某个级别（阈值），则只有 JVM 才会启用并行处理。在上面的示例中。如果 Map 中有超过 1 条记录，则应用程序将启用并行处理。

这是一个很酷的功能，我们可以通过调整并行度阈值来控制并行度。这样我们就可以利用应用程序中的并行处理。

看一下下面的另一个例子：

ConcurrentHashMap.forEach (10000，(k,v) -> v=””);

在这种情况下，并行度阈值为 10000，这意味着如果记录数少于 10000，那么 JVM 在用空字符串替换值时将不会启用并行度。

图：没有并行性的完整代码示例

图：具有并行性的完整代码示例

在上面的例子中，并行度阈值是10000。

并行处理性能比较

以下代码只是用空字符串替换映射中的所有值。此 ConcurrentHashMap 包含超过 100000 个条目。让我们比较以下代码在没有并行和有并行的情况下的性能。

图：有并行性和无并行性的代码比较

运行上述代码后，可以看到在正常的forEach操作的情况下性能略有提升。

非并行时间->20 毫秒
并行时间->30 毫秒

这是因为地图中的记录数量相当少。

但是，如果我们在映射中添加1000 万条记录，那么并行性确实会获胜！处理数据所需的时间更少。看看下图中的代码：

图：有和没有并行性的代码阈值

上述代码不使用并行性，而是将 ConcurrentHashMap 中的所有值替换为空字符串。接下来，它使用并行性将 ConcurrentHashMap 中的所有值替换为字符串 1。输出如下：

无并行性的时间->537 毫秒
有并行性的时间->231 毫秒

可以看到，在并行的情况下，只需要一半的时间。

注意： 以上值不是恒定的。在不同的系统中可能会产生不同的结果。

并行性的线程转储分析

当我们在代码中启用并行性时，JVM 使用 ForkJoinPool 框架来启用并行处理。该框架根据当前处理中的需求创建一些工作线程。让我们使用 fastthread.io 工具对上述代码进行启用并行性的线程转储分析。

图：fastThread 报告显示启用并行后的线程数

图：fastThread 报告通过启用并行性显示相同的堆栈跟踪

在这种情况下，上述代码总共使用了 42 个线程。其中有 2 个处于等待状态，39 个正在运行，1 个处于定时等待状态。我们可以使用该工具分析更多行为。有关详细分析，您可以使用 fastthread.io 工具进行检查。

从上图你可以了解到它正在使用更多的线程。

运行线程过多的原因是它使用了 ForkJoinPool API。这是负责在后台实现“并行性”的 API。当您查看下一节时，您将了解这种差异。您可以在此处找到报告。

无并行性的线程转储分析

让我们了解在不启用并行的情况下的线程转储分析。

图：fastThread 报告显示未启用并行性的线程数

图：fastThread 报告显示未启用并行性的相同堆栈跟踪

如果仔细观察上图，你就会发现只使用了几个线程。与上图相比，本例中只有 35 个线程。本例中有 32 个可运行线程。但是，等待线程和 timed_waiting 线程分别为 2 个和 1 个。本例中可运行线程数量减少的原因是它没有调用 ForkJoinPool API。查看此报告了解更多详细信息。

这样，fastthread.io工具就可以以非常智能的方式深入了解线程转储内部情况。

总结

我们重点介绍了 ConcurrentHashMap 中的并行性以及如何在应用程序中使用此功能。此外，我们还了解了启用此功能时 JVM 会发生什么情况。并行性是一项很酷的功能，可以在现代并发应用程序中很好地使用。