面试题：Java中Hashtable在分布式系统中因线程安全机制可能产生哪些使用限制？

Question

在分布式系统环境下，Java的Hashtable由于内部采用同步机制来保证线程安全，阐述这种线程安全机制会给它在分布式系统应用中带来哪些具体的使用限制，例如对性能、扩展性等方面的影响。

Answer 1

性能方面

1. 高竞争下性能瓶颈：Hashtable使用synchronized关键字对整个哈希表进行同步，当多个线程同时访问或修改哈希表时，会产生锁竞争。在分布式系统中，可能有大量来自不同节点的线程并发操作，这会导致线程频繁等待锁，从而严重降低系统的吞吐量。例如，一个线程在执行put操作获取锁后，其他线程的get、put等操作都要等待锁释放，即使这些操作在不同的哈希桶上，也会因为全局锁而相互阻塞。
2. 锁持有时间长：由于对整个哈希表加锁，如果一个线程执行复杂的操作（如遍历哈希表），会长时间持有锁，使得其他线程长时间无法访问，进一步降低了系统的响应速度。

扩展性方面

1. 水平扩展困难：在分布式系统中，为了应对不断增长的负载，通常需要进行水平扩展，即增加节点。但Hashtable的全局锁机制使得每个节点上的线程对哈希表的操作都受限于这个锁。随着节点数量的增加，锁竞争会更加激烈，无法有效利用新增节点的资源，限制了系统的扩展性。例如，增加了新的节点来处理更多的请求，但由于锁的存在，新节点上的线程仍然需要等待锁，无法充分发挥其处理能力。
2. 无法实现细粒度控制：分布式系统中不同部分可能有不同的并发访问模式和需求。Hashtable的全局同步机制无法针对不同的哈希桶或数据子集进行细粒度的并发控制，不利于根据实际业务场景进行优化和扩展。例如，某些哈希桶的数据访问频率高，而其他哈希桶访问频率低，无法为不同的哈希桶设置不同的并发策略。