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Java并发 -- 并发容器

  1. Java 1.5之前提供的 同步容器 虽然也能保证 线程安全 ,但 性能很差
  2. Java中的容器主要分为四大类,分别为List、Map、Set和Queue,并不是所有的Java容器都是线程安全的
  3. 非线程安全 的容器变成 线程安全 的容器的简单方案: synchronized
    • 把非线程安全的容器封装在对象内部,然后控制好 访问路径 即可

线程安全的ArrayList

public class SafeArrayList<T> {
    private List<T> list = new ArrayList<>();

    public synchronized T get(int idx) {
        return list.get(idx);
    }

    public synchronized void add(int idx, T t) {
        list.add(idx, t);
    }

    public synchronized boolean addIfNotExist(T t) {
        if (!list.contains(t)) {
            list.add(t);
            return true;
        }
        return false;
    }
}

Collections.synchronized

Collections.synchronizedList(new ArrayList());
Collections.synchronizedSet(new HashSet());
Collections.synchronizedMap(new HashMap());

组合操作存在竟态条件问题

  1. 上面的addIfNotExist就包含 组合操作
  2. 组合操作往往隐藏着 竟态条件问题 ,即便每个操作都能保证原子性,也不能保证组合操作的原子性
  3. 用迭代器遍历同步容器也存在竟态条件问题,因为 组合操作不具备原子性
// 存在竟态条件问题
List<Object> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
Iterator<Object> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    process(iterator.next());
}

// 并发安全,先锁住list再执行遍历操作
List<Object> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
synchronized (list) {
    Iterator<Object> iterator = list.iterator();
    while (iterator.hasNext()) {
        process(iterator.next());
    }
}

并发容器

  1. Java在1.5之前所谓的 线程安全 容器,主要指的是 同步容器
  2. 同步容器最大的问题是 性能差 ,所有方法都用 synchronized 来保证互斥, 串行度太高
  3. 在Java 1.5提供了性能更高的容器,称为 并发容器

分类

并发容器数量众多,但依旧可以分成四大类:List、Map、Set和Queue

Java并发 -- 并发容器

List

  1. List里面只有一个实现类就是 CopyOnWriteArrayList
  2. CopyOnWrite即在执行 写操作 的时候会将共享变量 重新复制 一份出来,这样的好处是 读操作完全无锁
  3. CopyOnWriteArrayList内部维护一个 数组 ,成员变量array指向这个内部数组,所有的读操作都是基于array进行的
  4. 如果在遍历array的同时,还有一个写操作
    • 会将array复制一份,然后在新复制的数组上执行写操作,执行完之后再将array指向这个新的数组
  5. 因此读写是并行的, 遍历操作一直都是基于原array执行的,而写操作则是基于新array执行的
  6. 应用场景:仅适用于 写操作非常少 的场景,而且能够容忍 读写的短暂不一致
  7. CopyOnWriteArrayList的迭代器是 只读 的,不支持增删改,因为对 快照 进行增删改是没有意义的

Java并发 -- 并发容器 Java并发 -- 并发容器

Map

  1. Map接口的两个实现:ConcurrentHashMap和ConcurrentSkipListMap
  2. ConcurrentHashMap的key是 无序 的,而ConcurrentSkipListMap的key是 有序
  3. ConcurrentSkipListMap里面的SkipList本身是一种数据结构,翻译成 跳表
    • 跳表执行插入、删除和查询操作的平均复杂度为 O(log n)
    • 理论上 与并发线程数无关 ,适用于 并发度非常高 的情况(ConcurrentHashMap的性能也不能满足要求)
集合类 Key Value 线程安全
HashMap 允许为null 允许为null
TreeMap 不允许为null 允许为null
HashTable 不允许为null 不允许为null
ConcurrentHashMap 不允许为null 不允许为null
ConcurrentSkipListMap 不允许为null 不允许为null

Set

  1. Set接口的两个实现:CopyOnWriteArraySet和ConcurrentSkipListSet
  2. 原理与CopyOnWriteArrayList和ConcurrentSkipListMap类似

Queue

  1. JUC中的Queue类的并发容器是最复杂的,可以从两个维度分类, 阻塞/非阻塞单端/双端
  2. 阻塞/非阻塞:阻塞指的是当队列已满时,入队操作阻塞;当队列已空时,出队操作阻塞
  3. 单端/双端:单端指的是只能队尾入队,队首出队;双端指的是队首队尾皆可出队入队
  4. 在JUC中,阻塞队列用 Blocking 关键字标识,单端队列用 Queue 标识,双端队列用 Qeque 标识

单端阻塞队列

  1. 其实现包括
    • ArrayBlockingQueue
    • LinkedBlockingQueue
    • SynchronousQueue
    • LinkedTransferQueue
    • PriorityBlockingQueue
    • DelayQueue
  2. 内部一般都会持有一个 队列
    • 该队列可以是 数组 (ArrayBlockingQueue)
    • 也可以是 链表 (LinkedBlockingQueue)
    • 甚至 不持有 队列(SynchronousQueue), 生产者线程的入队操作必须等待消费者线程都出队操作
  3. LinkedTransferQueue融合了LinkedBlockingQueue和SynchronousQueue的功能,性能比LinkedBlockingQueue更好
  4. PriorityBlockingQueue支持按 优先级 出队
  5. DelayQueue支持 延时 队列

Java并发 -- 并发容器

双端阻塞队列

其实现是LinkedBlockingDeque

Java并发 -- 并发容器

单端非阻塞队列

其实现是ConcurrentLinkedQueue

双端非阻塞队列

其实现是ConcurrentLinkedDeque

是否有界

  1. 使用队列时,要格外注意队列是否支持 有界
  2. 实际工作中,一般不建议使用 无界 的队列,因为有可能会导致 OOM
  3. 上面提到的Queue,只有 ArrayBlockingQueueLinkedBlockingQueue 是支持有界的

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