一、容器介绍
Java
中的容器主要可以分为四大类,分别是List
、Map
、Set
和Queue
,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。
List list = Collections.
synchronizedList(new ArrayList());
Set set = Collections.
synchronizedSet(new HashSet());
Map map = Collections.
synchronizedMap(new HashMap());
上面提到的这些经过包装后线程安全容器,都是基于synchronized
这个同步关键字实现,所以也被称为同步容器,Java
提供的同步容器还有Vector
、Stack
和Hashtable
,这三个容器并不是基于包装类实现,但同样是基于synchronized
实现的,对这三个容器的遍历,同样要加锁保证互斥。
1.1 并发容器介绍
Java
在1.5版本之前所谓的线程安全的容器,主要指的就是同步容器。不过同步容器有个最大的问题,那就是性能差,所有方法都用synchronized
来保证互斥,串行度太高了。因此Java
在1.5及之后版本提供了性能更高的容器,我们一般称为并发容器。
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
二、List
2.1 CopyOnWriteArrayList
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。
三、Map
3.1 ConcurrentHashMap
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)。
3.2 ConcurrentSkipListMap
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
四、Set
4.1 CopyOnWriteArraySet
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)。
4.2 ConcurrentSkipListSet
类似HashSet
和HashMap
的关系,ConcurrentSkipListSet
里面就是一个ConcurrentSkipListMap
,就不细说了。
五、Queue
5.1 BlockingQueue
5.1.1 ArrayBlockingQueue
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:
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。
5.1.2 LinkedBlockingQueue
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。
5.1.3 SynchronousQueue
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:
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。
5.1.4 LinkedTransferQueue
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。
5.1.5 PriorityBlockingQueue
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。
5.1.6 DelayQueue
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。
5.2 BlockingDeque
5.2.1 LinkedBlockingDeque
类似LinkedBlockingQueue
,但提供了双向链表特有的操作。
5.3 ConcurrentLinkedQueue
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。
5.4 ConcurrentLinkedDeque
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。
六、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。
标签:容器,基于,Java,队列,简介,链表,并发,线程 来源: https://www.cnblogs.com/ciel717/p/16229530.html
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