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14个Java并发容器,你用过几个?

互联网 diligentman 1个月前 (10-24) 16次浏览

前言

不考虑多线程并发的情况下,容器类一般使用 ArrayList、HashMap 等线程不安全的类,效率更高。在并发场景下,常会用到 ConcurrentHashMap、ArrayBlockingQueue 等线程安全的容器类,虽然牺牲了一些效率,但却得到了安全。

上面提到的线程安全容器都在 java.util.concurrent 包下,这个包下并发容器不少,今天全部翻出来鼓捣一下。

仅做简单介绍,后续再分别深入探索。

  1. ConcurrentHashMap并发HashMap
  2. CopyOnWriteArrayList:并发版 ArrayList
  3. CopyOnWriteArraySet:并发 Set
  4. ConcurrentLinkedQueue:并发队列 (基于链表)
  5. ConcurrentLinkedDeque:并发队列 (基于双向链表)
  6. ConcurrentSkipListMap:基于跳表的并发 Map
  7. ConcurrentSkipListSet:基于跳表的并发 Set
  8. ArrayBlockingQueue:阻塞队列 (基于数组)
  9. LinkedBlockingQueue:阻塞队列 (基于链表)
  10. LinkedBlockingDeque:阻塞队列 (基于双向链表)
  11. PriorityBlockingQueue:线程安全的优先队列
  12. SynchronousQueue:读写成对的队列
  13. LinkedTransferQueue:基于链表的数据交换队列
  14. DelayQueue:延时队列

1.ConcurrentHashMap 并发版 HashMap

最常见的并发容器之一,可以用作并发场景下的缓存。底层依然是哈希表,但在 JAVA 8 中有了不小的改变,而 JAVA 7 和 JAVA 8 都是用的比较多的版本,因此经常会将这两个版本的实现方式做一些比较(比如面试中)。

一个比较大的差异就是,JAVA 7 中采用分段锁来减少锁的竞争,JAVA 8 中放弃了分段锁,采用 CAS(一种乐观锁),同时为了防止哈希冲突严重时退化成链表(冲突时会在该位置生成一个链表,哈希值相同的对象就链在一起),会在链表长度达到阈值(8)后转换成红黑树(比起链表,树的查询效率更稳定)。

2.CopyOnWriteArrayList 并发版 ArrayList

并发版 ArrayList,底层结构也是数组,和 ArrayList 不同之处在于:当新增和删除元素时会创建一个新的数组,在新的数组中增加或者排除指定对象,最后用新增数组替换原来的数组。

适用场景:由于读操作不加锁,写(增、删、改)操作加锁,因此适用于读多写少的场景。

局限:由于读的时候不会加锁(读的效率高,就和普通 ArrayList 一样),读取的当前副本,因此可能读取到脏数据。如果介意,建议不用。

看看源码感受下:

14个Java并发容器,你用过几个?

3.CopyOnWriteArraySet 并发 Set

基于 CopyOnWriteArrayList 实现(内含一个 CopyOnWriteArrayList 成员变量),也就是说底层是一个数组,意味着每次 add 都要遍历整个集合才能知道是否存在,不存在时需要插入(加锁)。

适用场景:在 CopyOnWriteArrayList 适用场景下加一个,集合别太大(全部遍历伤不起)。

4.ConcurrentLinkedQueue 并发队列 (基于链表)

基于链表实现的并发队列,使用乐观锁 (CAS) 保证线程安全。因为数据结构是链表,所以理论上是没有队列大小限制的,也就是说添加数据一定能成功。

5.ConcurrentLinkedDeque 并发队列 (基于双向链表)

基于双向链表实现的并发队列,可以分别对头尾进行操作,因此除了先进先出 (FIFO),也可以先进后出(FILO),当然先进后出的话应该叫它栈了。

6.ConcurrentSkipListMap 基于跳表的并发 Map

SkipList 即跳表,跳表是一种空间换时间的数据结构,通过冗余数据,将链表一层一层索引,达到类似二分查找的效果

14个Java并发容器,你用过几个?

7.ConcurrentSkipListSet 基于跳表的并发 Set

类似 HashSet 和 HashMap 的关系,ConcurrentSkipListSet 里面就是一个 ConcurrentSkipListMap,就不细说了。

8.ArrayBlockingQueue 阻塞队列 (基于数组)

基于数组实现的可阻塞队列,构造时必须制定数组大小,往里面放东西时如果数组满了便会阻塞直到有位置(也支持直接返回和超时等待),通过一个锁 ReentrantLock 保证线程安全。

14个Java并发容器,你用过几个?

乍一看会有点疑惑,读和写都是同一个锁,那要是空的时候正好一个读线程来了不会一直阻塞吗?

答案就在 notEmpty、notFull 里,这两个出自 lock 的小东西让锁有了类似 synchronized + wait + notify 的功能。传送门 → 终于搞懂了 sleep/wait/notify/notifyAll

9.LinkedBlockingQueue 阻塞队列 (基于链表)

基于链表实现的阻塞队列,想比与不阻塞的 ConcurrentLinkedQueue,它多了一个容量限制,如果不设置默认为 int 最大值。

10.LinkedBlockingDeque 阻塞队列 (基于双向链表)

类似 LinkedBlockingQueue,但提供了双向链表特有的操作。

11.PriorityBlockingQueue 线程安全的优先队列

构造时可以传入一个比较器,可以看做放进去的元素会被排序,然后读取的时候按顺序消费。某些低优先级的元素可能长期无法被消费,因为不断有更高优先级的元素进来。

12.SynchronousQueue 数据同步交换的队列

一个虚假的队列,因为它实际上没有真正用于存储元素的空间,每个插入操作都必须有对应的取出操作,没取出时无法继续放入。

import java.util.concurrent.SynchronousQueue;

public class Main {

public static void main(String[] args) {
SynchronousQueue<Integer> queue = new SynchronousQueue<>();
new Thread(()->{
try{
for(int i=0;;i++){
System.out.println(“放入:” + i);
queue.put(i);
}
}catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}).start();

new Thread(()->{
try{
while(true){
System.out.println(“取出:” + queue.take());
Thread.sleep((long)(Math.random()*2000));
}
}catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}).start();
}
}

运行结果:

取出:0
放入:0
取出:1
放入:1
放入:2
取出:2
取出:3
放入:3
取出:4
放入:4

可以看到,写入的线程没有任何 sleep,可以说是全力往队列放东西,而读取的线程又很不积极,读一个又 sleep 一会。输出的结果却是读写操作成对出现。

JAVA 中一个使用场景就是 Executors.newCachedThreadPool(),创建一个缓存线程池。

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13.LinkedTransferQueue 基于链表的数据交换队列

实现了接口 TransferQueue,通过 transfer 方法放入元素时,如果发现有线程在阻塞在取元素,会直接把这个元素给等待线程。如果没有人等着消费,那么会把这个元素放到队列尾部,并且此方法阻塞直到有人读取这个元素。和 SynchronousQueue 有点像,但比它更强大。

14.DelayQueue 延时队列

可以使放入队列的元素在指定的延时后才被消费者取出,元素需要实现 Delayed 接口。

总结

上面简单介绍了 JAVA 并发包下的一些容器类,知道有这些东西,遇到合适的场景时就能想起有个现成的东西可以用了。想要知其所以然,后续还得再深入探索一番。

来源:https://www.cnblogs.com/java-friend/p/11675772.html

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