ConcurrentMap y Sus Implementaciones
Ejemplo de la vida real
Una aplicación web utiliza ConcurrentMap para almacenar en caché datos solicitados con frecuencia, como sesiones de usuario. Diferentes hilos pueden actualizar y leer datos del mapa simultáneamente, garantizando acceso rápido y operaciones seguras.
Diferencias con otros tipos
- Seguridad en un entorno multihilo:
ConcurrentMapgestiona automáticamente la sincronización de accesos a los datos, mientras que en unMapconvencional esta tarea debe realizarse manualmente; - Eficiencia: Permite lectura y escritura de datos en paralelo sin bloquear toda la estructura de datos.
Implementaciones de ConcurrentMap
ConcurrentHashMap: Permite el soporte eficiente de múltiples hilos dividiendo el mapa en segmentos (buckets), lo que posibilita la ejecución paralela de operaciones sin bloquear todo el mapa.
Sintaxis
Main.java
1ConcurrentMap<Integer, Integer> concurrentHashMap = new ConcurrentHashMap<>();
ConcurrentHashMap en Java divide los datos en múltiples buckets, cada uno gestionado por un monitor independiente. Esta configuración permite que diferentes hilos modifiquen o lean datos de distintos buckets simultáneamente, lo que mejora el rendimiento.
Los hilos pueden acceder a los buckets en paralelo, reduciendo bloqueos y evitando condiciones de carrera.
Cada bucket contiene registros en forma de pares clave-valor, que pueden organizarse como listas enlazadas.
ConcurrentSkipListMap: Una implementación basada en skip-list que soporta el ordenamiento sorted de claves. Proporciona inserción, eliminación y acceso a datos rápidos en un entorno multihilo.
Sintaxis
Main.java
1ConcurrentMap<Integer, Integer> concurrentSkipListMap = new ConcurrentSkipListMap<>();
📝Inserción: Cuando se agrega un nuevo elemento a ConcurrentSkipListMap, comienza en el nivel más bajo. Luego asciende a través de los niveles hasta que se coloca donde sus claves y valores están en el orden correcto.
🔍Búsqueda: Para encontrar un elemento por clave, ConcurrentSkipListMap comienza en el nodo principal del nivel superior. Sigue los punteros hasta localizar un nodo con una clave igual o mayor que la clave de búsqueda.
❌Eliminación: Para eliminar un elemento de ConcurrentSkipListMap, primero se elimina del nivel más bajo. Luego se degrada a través de los niveles hasta que se elimina de donde sus claves y valores están correctamente ordenados.
Ejemplo de uso de ConcurrentMap en código
Métodos principales
putIfAbsent(K key, V value): Agrega un par clave-valor al mapa solo si la clave no está presente.
Main.java
123ConcurrentMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>(); map.putIfAbsent("a", 1); // Adds the pair ("a", 1) to the map, as "a" is not already present map.putIfAbsent("a", 2); // Does not change the value, as "a" is already present in the map
remove(Object key, Object value): Elimina el par clave-valor si la clave está asociada al valor especificado.
Main.java
1234ConcurrentMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>(); map.put("a", 1); map.remove("a", 1); // Removes the pair ("a", 1), as "a" is mapped to value 1 map.remove("a", 2); // Does nothing, as "a" is not mapped to value 2
replace(K key, V value): Reemplaza la entrada para una clave solo si actualmente está asociada a algún valor.
Main.java
1234ConcurrentMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>(); map.put("a", 1); map.replace("a", 2); // Replaces the value 1 with 2 for key "a" map.replace("b", 3); // Does nothing, as "b" is not present
compute(K key, BiFunction<? super K,? super V,? extends V> remappingFunction): Calcula un nuevo valor para la clave especificada utilizando la función de reasignación proporcionada, lo que puede implicar crear un nuevo valor, modificar o eliminar el valor existente.
Main.java
1234ConcurrentMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>(); map.put("a", 1); map.compute("a", (k, v) -> v == null ? 1 : v + 1); // Increases the value for key "a" by 1 map.compute("b", (k, v) -> v == null ? 1 : v + 1); // Sets the value to 1 for new key "b"
merge(K key, V value, BiFunction<? super V,? super V,? extends V> remappingFunction): Fusiona el valor dado con el valor existente asociado a la clave utilizando la función de reasignación proporcionada, lo que facilita la agregación de datos.
Main.java
1234ConcurrentMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>(); map.put("a", 1); map.merge("a", 2, Integer::sum); // Sums the current value (1) with the new value (2), resulting in 3 map.merge("b", 2, Integer::sum); // Sets the value to 2 for new key "b"
getOrDefault(Object key, V defaultValue) - devuelve el valor asociado con la clave especificada, o el valor predeterminado si la clave no está presente.
Main.java
1234ConcurrentMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>(); map.put("a", 1); int value1 = map.getOrDefault("a", 0); // Returns 1, as "a" is present int value2 = map.getOrDefault("b", 0); // Returns 0, as "b" is not present
😔 Limitaciones
Una de las posibles desventajas es la inestabilidad en el orden, ya que algunas implementaciones podrían no garantizar el orden de los elementos durante la iteración. Además, puede haber soporte limitado para ciertas operaciones; por ejemplo, las actualizaciones condicionales atómicas pueden no estar completamente soportadas en algunas implementaciones.
💪 Ventajas
Por otro lado, el alto rendimiento es un beneficio clave, lo que lo hace adecuado para escenarios que implican operaciones intensivas de lectura y escritura. También ofrece facilidad de uso, reduciendo significativamente la necesidad de una gestión manual de la sincronización en un entorno multihilo.
1. ¿Cuál es el propósito de ConcurrentMap?
2. ¿Cuál de las siguientes es una implementación segura para hilos de ConcurrentMap?
3. ¿Cómo garantiza ConcurrentHashMap la seguridad para hilos?
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Una aplicación web utiliza ConcurrentMap para almacenar en caché datos solicitados con frecuencia, como sesiones de usuario. Diferentes hilos pueden actualizar y leer datos del mapa simultáneamente, garantizando acceso rápido y operaciones seguras.
Diferencias con otros tipos
- Seguridad en un entorno multihilo:
ConcurrentMapgestiona automáticamente la sincronización de accesos a los datos, mientras que en unMapconvencional esta tarea debe realizarse manualmente; - Eficiencia: Permite lectura y escritura de datos en paralelo sin bloquear toda la estructura de datos.
Implementaciones de ConcurrentMap
ConcurrentHashMap: Permite el soporte eficiente de múltiples hilos dividiendo el mapa en segmentos (buckets), lo que posibilita la ejecución paralela de operaciones sin bloquear todo el mapa.
Sintaxis
Main.java
1ConcurrentMap<Integer, Integer> concurrentHashMap = new ConcurrentHashMap<>();
ConcurrentHashMap en Java divide los datos en múltiples buckets, cada uno gestionado por un monitor independiente. Esta configuración permite que diferentes hilos modifiquen o lean datos de distintos buckets simultáneamente, lo que mejora el rendimiento.
Los hilos pueden acceder a los buckets en paralelo, reduciendo bloqueos y evitando condiciones de carrera.
Cada bucket contiene registros en forma de pares clave-valor, que pueden organizarse como listas enlazadas.
ConcurrentSkipListMap: Una implementación basada en skip-list que soporta el ordenamiento sorted de claves. Proporciona inserción, eliminación y acceso a datos rápidos en un entorno multihilo.
Sintaxis
Main.java
1ConcurrentMap<Integer, Integer> concurrentSkipListMap = new ConcurrentSkipListMap<>();
📝Inserción: Cuando se agrega un nuevo elemento a ConcurrentSkipListMap, comienza en el nivel más bajo. Luego asciende a través de los niveles hasta que se coloca donde sus claves y valores están en el orden correcto.
🔍Búsqueda: Para encontrar un elemento por clave, ConcurrentSkipListMap comienza en el nodo principal del nivel superior. Sigue los punteros hasta localizar un nodo con una clave igual o mayor que la clave de búsqueda.
❌Eliminación: Para eliminar un elemento de ConcurrentSkipListMap, primero se elimina del nivel más bajo. Luego se degrada a través de los niveles hasta que se elimina de donde sus claves y valores están correctamente ordenados.
Ejemplo de uso de ConcurrentMap en código
Métodos principales
putIfAbsent(K key, V value): Agrega un par clave-valor al mapa solo si la clave no está presente.
Main.java
123ConcurrentMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>(); map.putIfAbsent("a", 1); // Adds the pair ("a", 1) to the map, as "a" is not already present map.putIfAbsent("a", 2); // Does not change the value, as "a" is already present in the map
remove(Object key, Object value): Elimina el par clave-valor si la clave está asociada al valor especificado.
Main.java
1234ConcurrentMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>(); map.put("a", 1); map.remove("a", 1); // Removes the pair ("a", 1), as "a" is mapped to value 1 map.remove("a", 2); // Does nothing, as "a" is not mapped to value 2
replace(K key, V value): Reemplaza la entrada para una clave solo si actualmente está asociada a algún valor.
Main.java
1234ConcurrentMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>(); map.put("a", 1); map.replace("a", 2); // Replaces the value 1 with 2 for key "a" map.replace("b", 3); // Does nothing, as "b" is not present
compute(K key, BiFunction<? super K,? super V,? extends V> remappingFunction): Calcula un nuevo valor para la clave especificada utilizando la función de reasignación proporcionada, lo que puede implicar crear un nuevo valor, modificar o eliminar el valor existente.
Main.java
1234ConcurrentMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>(); map.put("a", 1); map.compute("a", (k, v) -> v == null ? 1 : v + 1); // Increases the value for key "a" by 1 map.compute("b", (k, v) -> v == null ? 1 : v + 1); // Sets the value to 1 for new key "b"
merge(K key, V value, BiFunction<? super V,? super V,? extends V> remappingFunction): Fusiona el valor dado con el valor existente asociado a la clave utilizando la función de reasignación proporcionada, lo que facilita la agregación de datos.
Main.java
1234ConcurrentMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>(); map.put("a", 1); map.merge("a", 2, Integer::sum); // Sums the current value (1) with the new value (2), resulting in 3 map.merge("b", 2, Integer::sum); // Sets the value to 2 for new key "b"
getOrDefault(Object key, V defaultValue) - devuelve el valor asociado con la clave especificada, o el valor predeterminado si la clave no está presente.
Main.java
1234ConcurrentMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>(); map.put("a", 1); int value1 = map.getOrDefault("a", 0); // Returns 1, as "a" is present int value2 = map.getOrDefault("b", 0); // Returns 0, as "b" is not present
😔 Limitaciones
Una de las posibles desventajas es la inestabilidad en el orden, ya que algunas implementaciones podrían no garantizar el orden de los elementos durante la iteración. Además, puede haber soporte limitado para ciertas operaciones; por ejemplo, las actualizaciones condicionales atómicas pueden no estar completamente soportadas en algunas implementaciones.
💪 Ventajas
Por otro lado, el alto rendimiento es un beneficio clave, lo que lo hace adecuado para escenarios que implican operaciones intensivas de lectura y escritura. También ofrece facilidad de uso, reduciendo significativamente la necesidad de una gestión manual de la sincronización en un entorno multihilo.
1. ¿Cuál es el propósito de ConcurrentMap?
2. ¿Cuál de las siguientes es una implementación segura para hilos de ConcurrentMap?
3. ¿Cómo garantiza ConcurrentHashMap la seguridad para hilos?
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