18 场景集合：并发 List、Map的应用场景

更新时间：2019-10-08 16:45:03

一个不注意小事情的人，永远不会成功大事业。

——戴尔·卡耐基

引导语

并发 List、Map 使用最多的就是 CopyOnWriteArrayList 和 ConcurrentHashMap，在考虑 API 时，我们也无需迟疑，这两个并发类在安全和性能方面都很好，我们都可以直接使用。

并发的场景很多，但归根结底其实就是共享变量被多个线程同时访问，也就是说 CopyOnWriteArrayList 或 ConcurrentHashMap 会被作为共享变量，本节我们会以流程引擎为案例，现身说法，增加一下大家的工作经验积累。

流程引擎在实际工作中经常被使用，其主要功能就是对我们需要完成的事情，进行编排和组装，比如在淘宝下单流程中，我们一共会执行 20 个 Spring Bean，流程引擎就可以帮助我们调起 20 个 Spring Bean，并帮助我们去执行，本文介绍的重点在于如何使用 Map + List 来设计流程引擎的数据结构，以及其中需要注意到的线程安全的问题。

1 嵌套 Map，简单流程引擎

市面上有很多流程引擎，比如说 Activiti、Flowable、Camunda 等等，功能非常齐全，但我们本小节只实现一种最最简单的流程引擎，只要能对我们需要完成的事情进行编排，并能依次的调用就行。

1.1 流程引擎设计思路

我们认为每个流程都会做 4 个阶段的事情，阶段主要是指在整个流程中，大概可以分为几个大的步骤，每个阶段可以等同为大的步骤，分别如下：

参数校验，主要是对流程的入参数进行校验；
业务校验，主要是对当前流程中的业务进行逻辑校验；
事务中落库，主要把数据落库，控制事务；
事务后事件，我们在数据落库，事务提交之后，可能会做一些其他事情，比如说发消息出来等等。

以上每个大的阶段，都会做一些粒度较细的事情，比如说业务校验，我们可能会对两个业务对象进行校验，那么此时业务校验阶段就会做两件事情，每件具体的事情，我们叫做领域行为，在实际项目中，一个领域行为一般都是一个 Spring Bean。

综上所述，流程引擎嵌套数据结构就是：流程 -> 阶段 -> 领域行为，前者对应后者，都是一对一或者一对多的关系。

我们以在淘宝上买东西时，下单为例，下单指的是我们在淘宝选择好了商品和优惠券后，点击购买按钮时触发的动作。

为了方便举例，我们假设在淘宝上买电视和电影票，在后端，会分别对应着两个下单流程，我们画图示意一下：

上图中，左右两个黑色长方形大框代表着两个流程，流程下面有多个阶段，阶段用蓝色表示，每个阶段下面有多个领域行为，用红色表示。

可以看到两个流程中，都包含有四个阶段，阶段都是相同的，但每个阶段中的领域行为，有的相同，有的却是特有的。

三个概念，每个概念层层嵌套，整体组装起来，用来表示一个流程，那么这个数据结构，我们应该如何表示呢？

使用 Map + List 即可！

1.2 数据结构的定义

流程的数据结构定义分成两步：

定义出阶段、领域行为基础概念；
把阶段、领域行为、流程概念组合起来，定义出流程的数据结构。

首先给阶段定义一个枚举，如下 StageEnum 代表流程中的阶段或步骤：

public enum StageEnum {PARAM_VALID("PARAM_VALID", "参数校验"),BUSINESS_VALID("BUSINESS_VALID", "业务校验"),IN_TRANSACTION("IN_TRANSACTION", "事务中落库"),AFTER_TRANSACTION("AFTER_TRANSACTION", "事务后事件"),;private String code;private String desc;StageEnum(String code, String desc) {this.code = code;this.desc = desc;}
}

领域行为我们无需定义，目前通用的技术框架都是 Spring Boot，领域行为都是 Spring Bean，为了简单起见，我们给领域行为定义了一个接口，每个领域行为都要实现这个接口，方便我们编排，接口如下：

/*** 领域行为* author  wenhe* date 2019/8/11*/
public interface DomainAbilityBean {/*** 领域行为的方法入口*/FlowContent invoke(FlowContent content);}

接着我们使用 Map + List 来定义流程，定义如下：

/*** 第一个 key 是流程的名字* 第二个 map 的 key 是阶段，为 StageEnum 枚举，值为多个领域行为的集合*/
Map<String,Map<StageEnum,List<DomainAbilityBean>>> flowMap

至此，我们定义出了，简单流程引擎的数据结构，流程引擎看着很复杂，利用 Map + List 的组合，就巧妙的定义好了。

2 容器初始化时，本地缓存使用

我们定义好 Map 后，我们就需要去使用他，我们使用的大体步骤为：

项目启动时，把所有的流程信息初始化到 flowMap(刚刚定义的流程的数据结构叫做 flowMap) 中去，可能是从数据库中加载，也可能是从 xml 文件中加载；
查找流程时，直接从 flowMap 中获取即可。

2.1 初始化

以上两步最为关键的点就是 flowMap 必须是可以随时访问到的，所有我们会把 flowMap 作为共享变量使用，也就是会被 static final 关键字所修饰，我们首先来 mock 一下把所有信息初始化到 flowMap 中去的代码，如下：

@Component
public class FlowCenter {/*** flowMap 是共享变量，方便访问，并且是 ConcurrentHashMap*/public static final Map<String, Map<StageEnum, List<DomainAbilityBean>>> flowMap= Maps.newConcurrentMap();/*** PostConstruct 注解的意思就是* 在容器启动成功之后，执行 init 方法，初始化 flowMap*/@PostConstructpublic void init() {// 初始化 flowMap，可能是从数据库，或者 xml 文件中加载 map}}

以上代码，关键地方在于三点：

flowMap 被 static final 修饰，是个共享变量，方便访问；
flowMap 是 ConcurrentHashMap，所以我们所有的操作都无需加锁，比如我们在 init 方法中，对 flowMap 进行初始化，就无需加锁，因为 ConcurrentHashMap 本身已经保证了线程安全；
这里我们初始化的时机是在容器启动的时候，在实际的工作中，我们经常在容器启动的时候，把不会经常发生变动的数据，放到类似 List、Map 这样的共享变量中，这样当我们频繁要使用的时候，直接从内存中读取即可。

2.2 使用

那我们实际使用的时候，只需要告诉 flowMap 当前是那个流程的那个阶段，就可以返回该流程该阶段下面的所有领域行为了，我们写了一个流程引擎使用的工具类入口，如下：

// 流程引擎对外的 API
public class FlowStart {/*** 流程引擎开始** @param flowName 流程的名字*/public void start(String flowName, FlowContent content) {invokeParamValid(flowName, content);invokeBusinessValid(flowName, content);invokeInTramsactionValid(flowName, content);invokeAfterTramsactionValid(flowName, content);}// 执行参数校验private void invokeParamValid(String flowName, FlowContent content) {stageInvoke(flowName, StageEnum.PARAM_VALID, content);}// 执行业务校验private void invokeBusinessValid(String flowName, FlowContent content) {stageInvoke(flowName, StageEnum.BUSINESS_VALID, content);}// 执行事务中private void invokeInTramsactionValid(String flowName, FlowContent content) {stageInvoke(flowName, StageEnum.IN_TRANSACTION, content);}// 执行事务后private void invokeAfterTramsactionValid(String flowName, FlowContent content) {stageInvoke(flowName, StageEnum.AFTER_TRANSACTION, content);}// 批量执行 Spring Beanprivate void stageInvoke(String flowName, StageEnum stage, FlowContent content) {List<DomainAbilityBean>domainAbilitys =FlowCenter.flowMap.getOrDefault(flowName, Maps.newHashMap()).get(stage);if (CollectionUtils.isEmpty(domainAbilitys)) {throw new RuntimeException("找不到该流程对应的领域行为" + flowName);}for (DomainAbilityBean domainAbility : domainAbilitys) {domainAbility.invoke(content);}}}

从代码中可以看到，我们在流程引擎的入口，只要根据参数校验、业务校验、事务中、事务后四个阶段，从 flowMap 中得到领域行为的集合，然后对领域行为进行顺序执行即可。

我们在使用时，直接使用上述类的 start 方法即可。

当然以上演示的流程引擎只是一个大的框架，还有很多地方需要改进的地方，比如如何找到 flowName，如何初始化 flowMap，但这些都不是本节重点，本节主要想通过流程引擎案例来说明几点：

把 List 和 Map 作为共享变量非常常见，就像咱们这种项目启动时，从数据库中把数据捞出来，然后封装成 List 或 Map 的结构，这样做的优点就是节约资源，不用每次用的时候都去查数据库，直接从内存中获取即可；
并发场景下，我们可以放心的使用 CopyOnWriteArrayList 和 ConcurrentHashMap 两个并发类，首先用 static final 对两者进行修饰，使其成为共享变量，接着在写入或者查询的时候，无需加锁，两个 API 内部已经实现了加锁的功能了；
有一点需要澄清一下，就是 CopyOnWriteArrayList 和 ConcurrentHashMap 只能作为单机的共享变量，如果是分布式系统，多台机器的情况下，这样做不行了，需要使用分布式缓存了。

3 总结

本节内容，以流程引擎为例，说明了如何使用 Map + List 的嵌套结构设计流程引擎，以及在并发情况下，如何安全的使用 List 和 Map。

本案列是高并发项目的真实案例，感兴趣的同学可以在此流程引擎框架基础上进行细节补充，实现可运行的流程引擎。

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