面试题：Java中ConcurrentHashMap与其他并发集合类在特定场景下的对比及应用选择

Question

在一个大型分布式系统中，有大量的键值对数据需要处理，并且存在高并发的读写操作。请对比ConcurrentHashMap与其他并发集合类（如ConcurrentSkipListMap等）在这种特定场景下的优缺点，并详细阐述在不同业务需求（如有序性要求、数据量大小、读写比例等）下，应该如何选择合适的并发集合类，说明选择的理由及依据。

Answer 1

ConcurrentHashMap 优缺点

• 优点：
  • 高效的并发读写：采用分段锁机制（Java 7 及之前）或 CAS 操作结合 synchronized 锁（Java 8 及之后），允许多个线程同时进行读写操作，在高并发场景下性能较好。
  • 线程安全：内部实现保证了线程安全，无需额外的同步措施即可在多线程环境下使用。
  • 适合无序数据存储：如果业务对数据顺序没有要求，ConcurrentHashMap 是很好的选择，其插入和查找效率高。
• 缺点：
  • 无序性：不保证插入顺序或自然顺序，若业务有顺序要求则不适用。

ConcurrentSkipListMap 优缺点

• 优点：
  • 有序性：基于跳表实现，能保证 key 的自然顺序或自定义顺序，适用于需要有序遍历数据的场景。
  • 高并发读性能好：跳表的结构使得读操作可以在多个层次上快速定位，读性能较高。
  • 扩展性好：随着数据量增加，性能下降相对较平缓。
• 缺点：
  • 写性能相对较低：插入和删除操作可能需要调整跳表结构，涉及较多的指针操作，相比 ConcurrentHashMap 写性能略逊一筹。

不同业务需求下的选择

• 有序性要求：
  • 需要有序：选择 ConcurrentSkipListMap，因为它能保证 key 的顺序，便于按照顺序遍历数据。例如在统计数据需要按时间顺序展示等场景适用。
  • 无需有序：ConcurrentHashMap 更合适，其无序性不影响读写性能，并且在高并发读写方面有优势。比如一般的缓存场景，只关心 key - value 存取，不关心顺序。
• 数据量大小：
  • 数据量较小：两者性能差异不明显，可根据是否需要有序选择。如果业务简单且无序需求，ConcurrentHashMap 实现简单；若有有序需求，选 ConcurrentSkipListMap。
  • 数据量较大：ConcurrentSkipListMap 的扩展性更好，性能下降相对平缓。而 ConcurrentHashMap 在数据量极大时，若 hash 分布不均匀，可能会影响性能。但总体来说，ConcurrentHashMap 读写性能还是很出色，若无序需求强烈还是可选它。
• 读写比例：
  • 读多写少：两者都适合读多场景，但 ConcurrentSkipListMap 读性能也很高且有序；ConcurrentHashMap 性能同样优秀且实现简单，若无顺序需求选它。若有顺序需求只能选 ConcurrentSkipListMap。
  • 写多读少：ConcurrentHashMap 写性能更优，因为其锁机制和实现方式在写操作上更高效。例如实时数据更新场景，使用 ConcurrentHashMap 能减少写操作的等待时间。