面试题：Java中WeakHashMap在复杂多线程环境下垃圾回收的挑战与解决方案

Question

假设存在一个复杂的多线程应用场景，其中频繁地对WeakHashMap进行读写操作，同时垃圾回收也在并行进行。请分析可能遇到的问题，并提出至少两种有效的解决方案，说明每种方案的优缺点。

Answer 1

可能遇到的问题

1. 数据丢失：WeakHashMap依赖垃圾回收机制来清理键值对。在多线程环境下，当垃圾回收并行进行时，可能在一个线程读取WeakHashMap中的值时，该键值对被垃圾回收器清理，导致数据丢失。
2. ConcurrentModificationException：多个线程同时进行读写操作时，可能会破坏WeakHashMap的内部一致性，例如一个线程在遍历WeakHashMap时，另一个线程对其进行修改（添加或删除键值对），从而抛出ConcurrentModificationException异常。
3. 性能问题：由于垃圾回收和多线程读写同时进行，可能导致频繁的锁竞争和上下文切换，影响应用性能。

解决方案

1. 使用同步机制（如synchronized关键字或ReentrantLock）
   • 优点：
     • 实现简单，对于已有的代码，只需要在关键的读写操作处添加同步块即可。
     • 能有效避免ConcurrentModificationException异常以及数据丢失问题，保证数据一致性。
   • 缺点：
     • 性能开销较大，因为同步机制会导致线程阻塞，降低并发性能。
     • 可能导致死锁，尤其是在多个线程持有多个锁的复杂场景下。
2. 使用ConcurrentHashMap替代WeakHashMap
   • 优点：
     • 具有较高的并发性能，支持多个线程同时进行读写操作而不会出现ConcurrentModificationException异常。
     • 内部采用分段锁机制，大大减少了锁竞争，提升了多线程环境下的性能。
   • 缺点：
     • 不具备WeakHashMap的弱引用特性，即不会因为键的弱引用被回收而自动删除键值对，可能会导致内存占用增加。
3. 使用线程安全的WeakHashMap封装类
   • 优点：
     • 既保留了WeakHashMap的弱引用特性，又能保证线程安全。
     • 可根据具体需求定制封装类的实现，提供更灵活的功能。
   • 缺点：
     • 实现相对复杂，需要仔细考虑各种多线程场景下的操作逻辑。
     • 增加了代码的维护成本，因为自定义封装类需要额外的测试和调试。