面试题：Java并行流复杂数据结构下的线程安全解决方案

Question

给定一个复杂数据结构，如嵌套的Map<Key1, List<Map<Key2, Value>>>，需要使用Java Stream并行流对其进行处理，在处理过程中要保证线程安全。请详细描述你的设计思路，包括可能用到的线程安全类、同步机制以及如何优化处理效率。

Answer 1

1. 设计思路
   • 首先，对于Map<Key1, List<Map<Key2, Value>>>这种嵌套结构，我们可以先获取外层Map的entrySet，然后利用并行流对其进行处理。
   • 在并行流处理过程中，由于是多线程操作，需要考虑线程安全问题。
2. 线程安全类
   • 对于外层的Map，如果在处理过程中有修改操作，可以使用ConcurrentHashMap代替普通的HashMap，它本身是线程安全的。
   • 对于内层的List，如果有修改操作，可以使用CopyOnWriteArrayList，它在修改时会复制一份新的数组，保证读操作的线程安全。
   • 对于内层的Map，同样如果有修改操作，可以使用ConcurrentHashMap。
3. 同步机制
   • 当使用并行流处理数据时，若需要对共享资源进行读写操作，可以使用Atomic系列类，比如AtomicInteger、AtomicLong等进行原子性操作，避免数据竞争。
   • 也可以使用java.util.concurrent.locks.Lock接口及其实现类（如ReentrantLock）来手动控制同步块。例如：

Lock lock = new ReentrantLock();
try {
    lock.lock();
    // 对共享资源进行操作
} finally {
    lock.unlock();
}

4. 优化处理效率
   • 减少数据共享：尽量避免在并行流处理过程中对共享资源进行频繁读写，将数据处理逻辑尽量设计为无状态的，这样可以减少同步开销。
   • 合理设置并行度：可以通过parallelStream的parallel方法的参数来设置并行度，根据系统的CPU核心数等因素合理调整，以达到最佳性能。例如，Runtime.getRuntime().availableProcessors()可以获取当前系统的CPU核心数，以此为参考设置并行度。
   • 避免不必要的装箱拆箱：在流操作中，如果涉及基本数据类型，尽量使用对应的IntStream、LongStream、DoubleStream等，避免自动装箱拆箱带来的性能损耗。