摘要：一同步容器常用的一些容器例如都不是線程安全的，最簡(jiǎn)單的將這些容器變?yōu)榫€程安全的方式，是給這些容器所有的方法都加上關(guān)鍵字。為了降低哈希沖突的成本，在鏈表長(zhǎng)度超過(guò)時(shí)，將鏈表轉(zhuǎn)換為紅黑樹(shù)。
一、同步容器
常用的一些容器例如 ArrayList、HashMap、都不是線程安全的，最簡(jiǎn)單的將這些容器變?yōu)榫€程安全的方式，是給這些容器所有的方法都加上 synchronized 關(guān)鍵字。
Java 的 Collections 中實(shí)現(xiàn)了這些同步容器：
簡(jiǎn)單的使用如下：
List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
Map map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
Set set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());
同步容器雖然簡(jiǎn)單，但是相應(yīng)的效率較低，因?yàn)殒i的粒度較大。
循環(huán)遍歷同步容器
如果在遍歷同步容器的時(shí)候，組合了多個(gè)方法，這會(huì)可能會(huì)存在競(jìng)態(tài)條件，仍然不是線程安全的。解決的辦法便是對(duì)容器加鎖。例如下面這樣：
public static void main(String[] args) {
List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
//省略添加數(shù)據(jù)的操作
String[] str = new String[list.size()];
int k = 0;
synchronized (list){
Iterator iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()){
str[k ++] = iterator.next();
}
}
}
二、并發(fā)容器
Java 中還提供了一系列并發(fā)容器，相比于同步容器，其性能更好。并發(fā)容器共分為了四類：List、Map、Set、Queue。
1. List
List 中一個(gè)最主要的實(shí)現(xiàn)類是 CopyOnWriteArrayList ，CopyOnWrite，即寫(xiě)時(shí)復(fù)制，這樣的好處是讀操作是無(wú)鎖的。
其實(shí)現(xiàn)原理是內(nèi)部維護(hù)了一個(gè)數(shù)組，內(nèi)部變量 array 指向了這個(gè)數(shù)組。需要寫(xiě)時(shí)，并不是在原數(shù)組上操作，而是將數(shù)組復(fù)制一份，在拷貝的數(shù)組中進(jìn)行寫(xiě)。完成后，將 array 指向新的數(shù)組。這樣一來(lái)，讀寫(xiě)之間不互斥，效率得到了很大的提升。
需要注意的是 CopyOnWriteArrayList 適用于讀多寫(xiě)少的場(chǎng)景，并且需要接受讀寫(xiě)的暫時(shí)不一致，因?yàn)樵趯?xiě)的時(shí)候，并行的讀操作可能并不能馬上看到寫(xiě)的結(jié)果。
2. Map
Map 的兩個(gè)主要實(shí)現(xiàn)類是 ConcurrentHashMap 和 ConcurrentSkipListMap，兩者主要的區(qū)別是：前者是無(wú)序的，后者是有序的。
2.1 ConcurrentHashMap
在 Java 1.7 中，ConcurrentHashMap 的實(shí)現(xiàn)使用的是分段鎖技術(shù)，其內(nèi)部主要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是 Segment 和 HashEntry，ConcurrentHashMap 包含了一個(gè) Segment 數(shù)組，每個(gè) Segment 又包含一個(gè) HashEntry 數(shù)組，每個(gè) HashEntry 是一個(gè)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的鏈表結(jié)構(gòu)。
其中 Segment 繼承了 ReentrantLock，每個(gè) Segment 都有對(duì)應(yīng)的鎖，需要修改數(shù)據(jù)的時(shí)候，需要獲取這把鎖。修改不同的 Segment 數(shù)據(jù)，則完全可以并行，效率得到了提升。示意圖如下：
Java 1.8 又對(duì) ConcurrentHashMap 做了較大的改進(jìn)，放棄了分段鎖的技術(shù)。結(jié)構(gòu)和 Java 1.8 中的 HashMap 類似，采用的是數(shù)組+鏈表/紅黑樹(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了降低哈希沖突的成本，在鏈表長(zhǎng)度超過(guò) 8 時(shí)，將鏈表轉(zhuǎn)換為紅黑樹(shù)。使用 CAS 和 synchronized 解決并發(fā)問(wèn)題，鎖住鏈表或者紅黑樹(shù)的頭節(jié)點(diǎn)，只要沒(méi)有哈希沖突，則不會(huì)出現(xiàn)并發(fā)問(wèn)題。示意圖如下：
2.2 ConcurrentSkipListMap
ConcurrentSkipListMap 保證有序的主要原因是，底層使用的是跳表這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，關(guān)于跳表的介紹，你可以查看數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的內(nèi)容。
3. Set
Set 的兩個(gè)實(shí)現(xiàn)是 CopyOnWriteArraySet 和 ConcurrentSkipListSet。
和前面說(shuō)到的 CopyOnWriteArrayList 、ConcurrentSkipListMap 實(shí)現(xiàn)的原理類似。
4. Queue
隊(duì)列可以從兩方面進(jìn)行分類：
單端和雙端：?jiǎn)味岁?duì)列指的是只能在隊(duì)首出隊(duì)，隊(duì)尾出隊(duì)，而雙端隊(duì)列指的是隊(duì)首和隊(duì)尾均可入隊(duì)和出隊(duì)。
阻塞和非阻塞：阻塞隊(duì)列指的是，當(dāng)隊(duì)列滿的時(shí)候，入隊(duì)列阻塞；當(dāng)隊(duì)列空的時(shí)候，出隊(duì)列阻塞。
Java 中，單端隊(duì)列使用 queue 標(biāo)識(shí)，雙端隊(duì)列使用 deque 標(biāo)識(shí)。
4.1 單端阻塞隊(duì)列
常用的實(shí)現(xiàn)類有：ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityQueue。
4.2 單端非阻塞隊(duì)列
其實(shí)現(xiàn)類是 ConcurrentLinkedQueue
4.3 雙端阻塞隊(duì)列
其實(shí)現(xiàn)類是 LinkedBlockingDeque
4.4 雙端非阻塞隊(duì)列
其實(shí)現(xiàn)類是 ConcurrentLinkedDeque
使用其實(shí)都非常地簡(jiǎn)單，就是入隊(duì)出隊(duì)之類的操作，這里不再贅述了。
文章版權(quán)歸作者所有，未經(jīng)允許請(qǐng)勿轉(zhuǎn)載,若此文章存在違規(guī)行為，您可以聯(lián)系管理員刪除。
轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明本文地址：http://systransis.cn/yun/74635.html
