Java并发 -- 并发容器
同步容器
- 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
- 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
- 将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
1 | public class SafeArrayList<T> { |
Collections.synchronized
1 | Collections.synchronizedList(new ArrayList()); |
组合操作存在竟态条件问题
- 上面的addIfNotExist就包含组合操作
- 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
- 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_
1 | // 存在竟态条件问题 |
并发容器
- Java在1.5之前所谓的线程安全容器,主要指的是同步容器
- 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
- 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
List
- List里面只有一个实现类就是CopyOnWriteArrayList
- 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是完全无锁的
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
Map
- Map接口的两个实现:ConcurrentHashMap和ConcurrentSkipListMap
- ConcurrentHashMap的key是无序的,而ConcurrentSkipListMap的key是有序的
- 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 | 否 |
TreeMap | 不允许为null | 允许为null | 否 |
HashTable | 不允许为null | 不允许为null | 是 |
ConcurrentHashMap | 不允许为null | 不允许为null | 是 |
ConcurrentSkipListMap | 不允许为null | 不允许为null | 是 |
Set
- Set接口的两个实现:CopyOnWriteArraySet和ConcurrentSkipListSet
- 原理与CopyOnWriteArrayList和ConcurrentSkipListMap类似
Queue
- 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
- 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
- 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
- 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
- 其实现包括
- ArrayBlockingQueue
- LinkedBlockingQueue
- SynchronousQueue
- LinkedTransferQueue
- PriorityBlockingQueue
- DelayQueue
- 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_
- LinkedTransferQueue融合了LinkedBlockingQueue和SynchronousQueue的功能,性能比LinkedBlockingQueue更好
- PriorityBlockingQueue支持按优先级出队
- DelayQueue支持延时队列
双端阻塞队列
其实现是LinkedBlockingDeque
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
- 使用队列时,要格外注意队列是否支持有界
- 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_
- 上面提到的Queue,只有ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue是支持有界的
参考资料
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