作者:acupt,专注Java,架构师社区合伙人!

14个并发容器,你用过几个?

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。

简介

  • ConcurrentHashMap:并发版HashMap

  • CopyOnWriteArrayList:并发版ArrayList

  • CopyOnWriteArraySet:并发Set

  • ConcurrentLinkedQueue:并发队列(基于链表)

  • ConcurrentLinkedDeque:并发队列(基于双向链表)

  • ConcurrentSkipListMap:基于跳表的并发Map

  • ConcurrentSkipListSet:基于跳表的并发Set

  • ArrayBlockingQueue:阻塞队列(基于数组)

  • LinkedBlockingQueue:阻塞队列(基于链表)

  • LinkedBlockingDeque:阻塞队列(基于双向链表)

  • PriorityBlockingQueue:线程安全的优先队列

  • SynchronousQueue:读写成对的队列

  • LinkedTransferQueue:基于链表的数据交换队列

  • DelayQueue:延时队列

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)。

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:

1234567891011121314151617181920212223242526
public class CopyOnWriteArrayList<E>    implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {    final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();    private transient volatile Object[] array;

    // 添加元素,有锁    public boolean add(E e) {        final ReentrantLock lock = this.lock;        lock.lock(); // 修改时加锁,保证并发安全        try {            Object[] elements = getArray(); // 当前数组            int len = elements.length;            Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1); // 创建一个新数组,比老的大一个空间            newElements[len] = e; // 要添加的元素放进新数组            setArray(newElements); // 用新数组替换原来的数组            return true;        } finally {            lock.unlock(); // 解锁        }    }

    // 读元素,不加锁,因此可能读取到旧数据    public E get(int index) {        return get(getArray(), index);    }}

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)。

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。

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。

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

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。

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。

用offer操作举个例子:

1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950
public class ArrayBlockingQueue<E> extends AbstractQueue<E>        implements BlockingQueue<E>, java.io.Serializable {    /**     * 读写共用此锁,线程间通过下面两个Condition通信     * 这两个Condition和lock有紧密联系(就是lock的方法生成的)     * 类似Object的wait/notify     */    final ReentrantLock lock;

    /** 队列不为空的信号,取数据的线程需要关注 */    private final Condition notEmpty;

    /** 队列没满的信号,写数据的线程需要关注 */    private final Condition notFull;

    // 一直阻塞直到有东西可以拿出来    public E take() throws InterruptedException {        final ReentrantLock lock = this.lock;        lock.lockInterruptibly();        try {            while (count == 0)                notEmpty.await();            return dequeue();        } finally {            lock.unlock();        }    }

    // 在尾部插入一个元素,队列已满时等待指定时间,如果还是不能插入则返回    public boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)        throws InterruptedException {        checkNotNull(e);        long nanos = unit.toNanos(timeout);        final ReentrantLock lock = this.lock;        lock.lockInterruptibly(); // 锁住        try {            // 循环等待直到队列有空闲            while (count == items.length) {                if (nanos <= 0)                    return false;// 等待超时,返回                // 暂时放出锁,等待一段时间(可能被提前唤醒并抢到锁,所以需要循环判断条件)                // 这段时间可能其他线程取走了元素,这样就有机会插入了                nanos = notFull.awaitNanos(nanos);            }            enqueue(e);//插入一个元素            return true;        } finally {            lock.unlock(); //解锁        }    }

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

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。

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。

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。

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。

一个简单的例子感受一下:

12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546
import java.util.concurrent.*;

public class Main {

    public static void main(String[] args) {        SynchronousQueue<Integer> queue = new SynchronousQueue<>();        new Thread(() -> {            try {                // 没有休息,疯狂写入                for (int i = 0; ; i++) {                    System.out.println("放入: " + i);                    queue.put(i);                }            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }

        }).start();        new Thread(() -> {            try {                // 咸鱼模式取数据                while (true) {                    System.out.println("取出: " + queue.take());                    Thread.sleep((long) (Math.random() * 2000));                }            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }

        }).start();    }

}

/* 输出:

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

*/

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。

1234567
public static ExecutorService newCachedThreadPool() {    return new ThreadPoolExecutor(        0, // 核心线程为0,没用的线程都被无情抛弃        Integer.MAX_VALUE, // 最大线程数理论上是无限了,还没到这个值机器资源就被掏空了        60L, TimeUnit.SECONDS, // 闲置线程60秒后销毁        new SynchronousQueue<Runnable>()); // offer时如果没有空闲线程取出任务,则会失败,线程池就会新建一个线程}

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。

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。

长按订阅更多精彩▼

如有收获,点个在看,诚挚感谢

探索JAVA并发 - 并发容器全家福!相关推荐

  1. 探索 Java 同步机制[Monitor Object 并发模式在 Java 同步机制中的实现]

    探索 Java 同步机制[Monitor Object 并发模式在 Java 同步机制中的实现] https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-syn ...

  2. 谈谈java的并发容器、Queue

    目录 同步类容器 并发类容器 ConcurrentMap:支持高并发下线程安全. Copy-On-Write容器:最好在读多写少的情况下使用. 并发Queue 同步类容器 同步类容器是线程安全的. / ...

  3. java高并发(十一)同步容器

    上面一节我们介绍了ArrayList.HashSet.HashMap这些容器都是非线程安全的.如果有多个线程并发访问这些容器时,就会触发线程安全问题.因此在编写程序的时候,必须要求开发人员手动的在任何 ...

  4. 探索 ConcurrentHashMap 高并发性的实现机制

    简介 ConcurrentHashMap 是 util.concurrent 包的重要成员.本文将结合 Java 内存模型,分析 JDK 源代码,探索 ConcurrentHashMap 高并发的具体 ...

  5. 探索 ConcurrentHashMap 高并发性的实现机制--转

    ConcurrentHashMap 是 Java concurrent 包的重要成员.本文将结合 Java 内存模型,来分析 ConcurrentHashMap 的 JDK 源代码.通过本文,读者将了 ...

  6. Java 高并发_JAVA并发编程与高并发解决方案 JAVA高并发项目实战课程 没有项目经验的朋友不要错过!...

    JAVA并发编程与高并发解决方案 JAVA高并发项目实战课程 没有项目经验的朋友不要错过! 1.JPG (37.82 KB, 下载次数: 0) 2018-12-3 09:40 上传 2.JPG (28 ...

  7. java高并发(一)导学

    现在准备系统学习java高并发与多线程相关知识. 首先了解一下我们这一套知识的学习思路: 并发与高并发相关概念 CPU多级缓存 缓存一致性 乱序执行优化 java内存模型 JMM规定.抽象结构 同步操 ...

  8. Java EE并发API教程

    这是一个示例章节,摘自Francesco Marchioni编辑的WildFly上的实用Java EE 7开发 . 本章讨论了新的Java EE并发API(JSR 236) ,它概述了使用一组托管资源 ...

  9. Java多线程并发编程

    一.线程池 1.1.什么是线程池 线程池是一种多线程的处理方式,利用已有线程对象继续服务新的任务(按照一定的执行策略),而不是频繁地创建销毁线程对象,由此提高服务的吞吐能力,减少CPU的闲置时间.具体 ...

  10. java高并发的经验

    java高并发的经验 1:什么是高并发? 什么是高并发,比如从网上下载一个电影,全国有很多人同时在下载这个电影. 比如某个淘宝店铺,有很多店员,某个用户买了这个店铺的商品,多个店员同时去处理这个订单. ...

最新文章

  1. 比特币现金比BTC节能40%以上
  2. Windows核心编程 第十二章 纤程
  3. springboot+多线程简单实现
  4. 基于MATLAB的面向对象编程(4)——类文件
  5. swagger2 注解说明 ( @ApiImplicitParams )
  6. 文本框不可编辑,只可使用帮助的解…
  7. 普通 项目打包包含第三方jar包
  8. 【Flink】ERROR - Exception occurred in REST handler: Job xxx not found
  9. 《Linux编程》上机作业 ·004【文件I/O操作】
  10. 2016年物联网行业十大并购事件
  11. jquery 封装ajax方法,关于二次封装jquery ajax办法示例详解
  12. 关于windows 7 启动 security center
  13. C#之AutoCAD图层样式定义
  14. 知客CRM成功客户专访----厦门英斯捷
  15. 给你的App添加动画效果
  16. 从管理的角度分享技术 TL 的核心职责:包括沟通与辅导、招聘与解雇等
  17. 新版标准日本语初级_第二十三课
  18. win7下安装anaconda3
  19. 计算机屏幕尺寸像素点距概念,各种电脑显示器尺寸对应的最佳分辨率大小是多少...
  20. 取其精华,去其糟粕——前后端交互的计算器——servlet、html、JavaScript、Tomcat

热门文章

  1. 侠客风云传服务器维护,《侠客风云传online》4月20日服务器数据互通公告
  2. 【学习笔记】线性代数全家桶(在编程竞赛中的应用)
  3. c++自带的可持久化平衡树?rope大法好!(超详细解答 + 5道例题讲解,可直接替代可持久化的线段树、并查集、平衡树!)
  4. 微软云服务器多ip,Azure 虚拟机的多个 IP 地址 - 门户 | Microsoft Docs
  5. 网络摄像机ip修改工具_网络监控怎么连接网络
  6. char类型怎么输入 c语言_还没搞懂C语言指针?这里有最详细的纯干货讲解(附代码)...
  7. 005-OSI七层模型IP地址
  8. Python学习笔记__13.2章 requests
  9. 【ApsaraSRE专题推荐--1期】Sedawk笔记系列
  10. Bootstrap表单验证插件bootstrapValidator使用方法整理