面试题：Java自定义类型作HashMap key在高并发场景下的考量

问题分析

线程安全问题：
- 自定义类型如果不是线程安全的，在多线程环境下，当多个线程同时访问或修改HashMap中以该自定义类型为key的元素时，可能会导致数据竞争。例如，自定义类型内部的成员变量被多个线程同时修改，导致数据不一致。
- 即使HashMap本身是线程安全的（如ConcurrentHashMap），如果自定义key类型不是线程安全的，依然可能出现问题。因为ConcurrentHashMap只是保证了自身内部操作的线程安全，无法保证自定义key在多线程操作下的状态一致性。
性能优化问题：
- 哈希码计算：如果自定义类型的hashCode方法实现不当，会导致哈希冲突频繁发生。例如，返回固定值的hashCode，所有自定义类型对象作为key都会映射到同一个哈希桶，使得HashMap退化为链表，查询、插入和删除操作的时间复杂度从O(1)变为O(n)，性能急剧下降。
- equals方法性能：equals方法如果实现复杂度过高，在哈希冲突时，用于比较key是否相等的操作会变得非常耗时。比如在equals方法中进行大量的数据库查询等操作。
数据一致性问题：
- 如果自定义类型的equals和hashCode方法不遵循正确的约定，会导致数据一致性问题。例如，两个逻辑上相等的对象（equals返回true），但hashCode不同，那么在HashMap中可能会被当作两个不同的key存储，导致数据重复。
- 另外，如果在将自定义对象作为key放入HashMap后，修改了对象中会影响equals和hashCode结果的属性，可能会导致后续无法正确从HashMap中获取对应的值，破坏数据一致性。

解决方案

线程安全：
- 使自定义类型线程安全：可以使用synchronized关键字修饰自定义类型中可能被多线程修改的方法。例如：

public class ThreadSafeCustomKey {
    private int value;

    public ThreadSafeCustomKey(int value) {
        this.value = value;
    }

    public synchronized int getValue() {
        return value;
    }

    public synchronized void setValue(int value) {
        this.value = value;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return Integer.hashCode(value);
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (this == obj) return true;
        if (obj == null || getClass() != obj.getClass()) return false;
        ThreadSafeCustomKey other = (ThreadSafeCustomKey) obj;
        return value == other.value;
    }
}

使用线程安全的HashMap：可以使用ConcurrentHashMap，它内部采用了锁分段技术等优化手段，允许多个线程同时进行读操作，部分写操作也能并发执行。示例：

import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

public class ConcurrentHashMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        ConcurrentHashMap<ThreadSafeCustomKey, String> map = new ConcurrentHashMap<>();
        ThreadSafeCustomKey key = new ThreadSafeCustomKey(1);
        map.put(key, "value");
        String value = map.get(key);
        System.out.println(value);
    }
}

性能优化：
- 优化哈希码计算：设计高效的hashCode方法，尽量减少哈希冲突。例如，如果自定义类型包含多个属性，可以使用Objects.hash方法组合属性生成哈希码。

import java.util.Objects;

public class OptimizedCustomKey {
    private int id;
    private String name;

    public OptimizedCustomKey(int id, String name) {
        this.id = id;
        this.name = name;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(id, name);
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (this == obj) return true;
        if (obj == null || getClass() != obj.getClass()) return false;
        OptimizedCustomKey other = (OptimizedCustomKey) obj;
        return id == other.id && Objects.equals(name, other.name);
    }
}

优化equals方法：避免在equals方法中进行复杂、耗时的操作。尽量只比较对象的关键属性。

数据一致性：
- 遵循equals和hashCode约定：确保如果两个对象equals方法返回true，那么它们的hashCode方法必须返回相同的值。反之，如果hashCode不同，equals一定返回false。
- 避免修改作为key的对象：如果必须修改，先从HashMap中移除该key对应的元素，修改后再重新插入。例如：

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

public class DataConsistencyExample {
    public static void main(String[] args) {
        Map<OptimizedCustomKey, String> map = new HashMap<>();
        OptimizedCustomKey key = new OptimizedCustomKey(1, "name");
        map.put(key, "value");
        // 假设要修改key的属性
        // 先移除
        map.remove(key);
        key = new OptimizedCustomKey(1, "newName");
        // 再插入
        map.put(key, "value");
    }
}

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