Java(J.U.C) 同步容器 并发容器大全

什么是同步容器?

同步容器通过synchronized关键字修饰容器保证同一时刻内只有一个线程在使用容器,从而使得容器线程安全。synchronized的意思是同步,它体现在将多线程变为串行等待执行。(但注意一点,复合操作不能保证线程安全。举例:A线程第一步获取尾节点,第二步将尾结点的值加1,但在A线程执行完第一步的时候,B线程删除了尾节点,在A线程执行第二步的时候就会报空指针)

什么是并发容器?

并发容器指的是允许多线程同时使用容器,并且保证线程安全。而为了达到尽可能提高并发,Java并发工具包中采用了多种优化方式来提高并发容器的执行效率,核心的就是:CAS(无锁)COW(读写分离)分段锁

同步容器整理

1. Vector

Vector和ArrayList一样实现了List接口,其对于数组的各种操作和ArrayList一样,区别在于Vertor在可能出现线程不安全的所有方法都用synchronized进行了修饰。

2. Stack

Stack是Vertor的子类,Stack实现的是先进后出的栈。在出栈入栈等操作都进行了synchronized修饰。

3. HashTable

HashTable实现了Map接口,它实现的功能HashMap基本一致(HashTable不可存null,而HashMap的键和值都可以存null)。区别在于HashTable使用了synchronized修饰了方法。

4. Collections提供的同步集合类

List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList());
Set set = Collections.synchronizedSet(new HashSet());
Map map = Collections.synchronizedMap(new HashMap());
其实以上三个容器都是Collections通过代理模式对原本的操作加上了synchronized同步。而synchronized的同步粒度太大,导致在多线程处理的效率很低。所以在JDK1.5的时候推出了并发包下的并发容器,来应对多线程下容器处理效率低的问题。

并发容器整理

1. CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList相当于实现了线程安全的ArrayList,它的机制是在对容器有写入操作时,copy出一份副本数组,完成操作后将副本数组引用赋值给容器。底层是通过ReentrantLock来保证同步。但它通过牺牲容器的一致性来换取容器的高并发效率(在copy期间读到的是旧数据)。所以不能在需要强一致性的场景下使用。

2. CopyOnWriteArraySet

CopyOnWriteArraySet和CopyOnWriteArrayList原理一样,它是实现了CopyOnWrite机制的Set集合。

3. ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap相当于实现了线程安全的HashMap。其中的key是无序的,并且key和value都不能为null。在JDK8之前,ConcurrentHashMap采用了分段锁机制来提高并发效率,只有在操作同一分段的键值对时才需要加锁。到了JDK8之后,摒弃了锁分段机制,改为利用CAS算法。

4. ConcurrentSkipListMap

ConcurrentSkipListMap相当于实现了线程安全的TreeMap。其中的key是有序的,并且key和value都不能为null。它采用的跳跃表的机制来替代红黑树。为什么不继续使用红黑树呢?因为红黑树在插入或删除节点的时候需要旋转调整,导致需要控制的粒度较大。而跳跃表使用的是链表,利用无锁CAS机制实现高并发线程安全。

5. ConcurrentSkipListSet

ConcurrentSkipListSet和ConcurrentSkipListMap原理一样,它是实现了高并发线程安全的TreeSet。

Queue类型

阻塞型

1. ArrayBlockingQueue

ArrayBlockingQueue是采用数组实现的有界阻塞线程安全队列。如果向已满的队列继续塞入元素,将导致当前的线程阻塞。如果向空队列获取元素,那么将导致当前线程阻塞。采用ReentrantLock来保证在并发情况下的线程安全。

2. LinkedBlockingQueue

LinkedBlockingQueue是一个基于单向链表的、范围任意的(其实是有界的)、FIFO 阻塞队列。访问与移除操作是在队头进行,添加操作是在队尾进行,并分别使用不同的锁进行保护,只有在可能涉及多个节点的操作才同时对两个锁进行加锁。

3. PriorityBlockingQueue

PriorityBlockingQueue是一个支持优先级的无界阻塞队列。默认情况下元素采用自然顺序升序排列。也可以自定义类实现compareTo()方法来指定元素排序规则,

4. DelayQueue

DelayQueue是一个内部使用优先级队列实现的无界阻塞队列。同时元素节点数据需要等待多久之后才可被访问。取数据队列为空时等待,有数据但延迟时间未到时超时等待。

5. SynchronousQueue

SynchronousQueue没有容量,是一个不存储元素的阻塞队列,会直接将元素交给消费者,必须等队列中的添加元素被消费后才能继续添加新的元素。相当于一条容量为1的传送带。

6. LinkedTransferQueue

LinkedTransferQueue是一个有链表组成的无界传输阻塞队列。它集合了ConcurrentLinkedQueue、SynchronousQueue、LinkedBlockingQueue等优点。具体机制较为复杂。

7. LinkedBlockingDeque

LinkedBlockingDeque是一个由链表结构组成的双向阻塞队列。所谓双向队列指的是可以从队列的两端插入和移出元素。

非阻塞型

1. ConcurrentLinkedQueue

ConcurrentLinkedQueue是线程安全的无界非阻塞队列,其底层数据结构是使用单向链表实现,入队和出队操作是使用我们经常提到的CAS来保证线程安全。

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