【Java】多线程高并发学习之并发容器

• Z时代
• 2024-01-10
• 分类：技术分享

多线程高并发学习之并发容器

HashMap相关的同步容器

• 前世今生介绍：HashMap是从HashTable演变过来的，HashTable设计之初的意愿是容器的的所有方法必须都得是同步的，所以HashTable的所有方法都是加了synchronized关键字来保证同步，这显然是不太合理的，因为大多数情况下，都是只有一个线程来操作容器，所以又在HashTable之后推出了HashMap

  • HashTable——>全锁操作
  • HashMap——>无锁操作
  • ConcurrentHashMap——>新的同步容器（CAS）
  • HashMap也应该有同步方法，所以又出了一个Collections这么一个工具类，他可以把HashMap变成一个同步容器，如下图，还可以将许多容器都变为同步容器

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  • Collections.synchronizedMap( )给出的同步容器HashMap和HashTable有什么区别呢，区别其实很小，就是HashTable用的是方法锁，而Collections.synchronizedMap( )用的是同步代码块，都是用的synchronized，只不过相比于HashTable锁的力度要小一些，效率略高一丢丢，ConcurrentHashMap采用的是CAS无锁操作，在put的过程中如果没有发生冲突，则采用CAS操作进行无锁化更新，只有发生了哈希冲突的时候才锁住在链表上添加新Node或者更新Node的操作

• 读写效率：

  • HashTable写入效率高，实测100W数据写入用时700毫秒左右，读效率低，100W数据读取用时37秒左右
  • Collections.synchronizedMap( )写入效率高，实测100W数据写入用时600毫秒左右，读效率低，100W数据读取用时38秒左右
  • ConcurrentHashMap写入效率低，实测100W数据写入用时1.8秒左右，读效率超高，100W数据读取用时1.7秒左右
  • 总结：实际用哪一个需要看项目的使用场景，到底是读操作多，还是写操作多，然后根据实际压测数据来决定到底是用哪个同步容器

List、Vector、Queue

• List同步需要加锁，或者上图所示，使用collectios的synchronizedXXX的方法，获取同步的List，原理也是synchronized代码块
• Vector是同步容器，是在方法上加了synchronized关键字，为方法锁，相比synchronizedList锁的力度要大一些，所以效率偏慢一丢丢
• Queue队列，实现类中有多个同步队列，都可以实现同步，甚至还有的实现了生产者消费者模型，所以大并发下单个元素的操作，尽量可以多考虑Queue，少考虑List

经常在多线程下使用的容器

Map

• ConcurrentHashMap，基于CAS实现，不多解释

• ConcurrentSkipListMap，基于跳表实现

  • 可能是因为，考虑到利用CAS实现了一个ConcurrentHashMap，也应该需要用CAS实现一个 ”ConcurrentTreeMap“ （此处多逼逼一句，TreeMap基于红黑树实现），但不幸的是，使用CAS实现 ”ConcurrentTreeMap“ 太难了，难度超高，超复杂，所以退一步，使用跳表实现了一个ConcurrentSkipListMap
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• HashTable
• Collections.synchronizedMap( )

List

• CopyOnWriteArrayList，写时复制，顾名思义，在写入数据的时候，将array数组copy一次，如下图

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  • 有点类似Lock里的ReadWriteLock，读不加锁，写入加锁

• Collections.synchronizedList( )

  • 和上边提到的Collections.synchronizedMap( )一个样子，都是同步代码块

Queue

• ConcurrentLinkedQueue

  • 方法介绍：

    • add：添加元素，加不进去，满了，跑异常
    • offer：添加元素，添加成功返回true，满了添加不进去了，返回false
    • peek：获取元素，但是获取后不删除元素
    • poll：获取元素并且删除元素

BlockingQueue：天生的生产者消费者模型

LinkedBlockingQueue无界队列

• 介绍：基于链表实现的无界队列，可以一直添加，直到内存溢出

• 方法介绍：除了上边的add、offer、peek、poll方法外

  • put：添加元素，如果添加满了，就阻塞住，等待可以继续添加元素
  • take：获取元素，如果没有可以获取的元素，就阻塞住，等待可以继续往外取元素

ArrayBlockingQueue有界队列

• 与LinkedBlockingQueue相同，只不过是指定大小的，有界的

PriorityQueue

• 介绍：可以根据添加进来的对象进行比较排序，然后安顺序取出

  • 例如：依次添加“a”、“z”、“f”、“c”，然后循环调用poll，依次取出，顺序是排好序的

DelayQueue时间排序队列

• 介绍：根据时间排序，要进入队列的对象必须实现Delayed接口，重写getDelay（获取等待时间）方法以及compareTo（比较时间）方法
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SynchronusQueue

• 介绍：容量为0的队列，其实，这东西不是用来装东西的，是用来让一个线程给另外一个线程下达任务的，一个线程往里放数据，等待另一个线程来取数据
• 容量为0，所以调用add方法往里面添加数据是会报错，正确的使用方法是一个线程调用put方法往里放数据，另一个线程调用take方法，取数据
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TransferQueue

• 介绍：具有独有的transfer方法，调用该方法写入数据，在被其他线程取走数据前一直阻塞的等着，知道有人将数据取走

• 方法：

  • transfer方法，写入数据，并且阻塞住，等待数据被取走后继续执行

说了这么多，那么，你学废了吗？

不点个赞再走嘛

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