Java多线程_并发容器ConcurrentHashMap/CopyOnWriteArrayList/CopyOnWriteArraySet

ConcurrentHashMap
HashMap是线程不安全的，可以使用Collections.synchronizedMap(map)把一个不安全的map变成安全的，但是这里可以直接使用ConcurrentHashMap。
ConcurrentHashMap是线程安全的的Hash表。对于多线程的操作，介于HashMap和HashTable之间。内部采用“锁分段”机制替代HashTable的独占锁，进而提高性能。
一个ConcurrentHashMap由多个segment【默认16个】组成，每一个segment都包含了一个HashEntry数组的HashTable，每一个segment包含了对自己的HashTable的操作，比如get，put，replace等操作，这些操作发生的时候，对自己的HashTable进行锁定。由于每一个segment写操作只锁定自己的HashTable，所以可能存在多个线程同时写的情况，性能无疑好于只有一个HashTable锁定的情况。
示例：
ConcurrentHashMap和HashMap在迭代过程中添加键值对的比较。

ConcurrentHashMap代码：

import java.util.Iterator;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
import java.util.concurrent.ConcurrentMap;

public class ConcurrentHashMapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ConcurrentMap<String, String> cmap = new ConcurrentHashMap<>();
        cmap.put("1", "111");
        cmap.put("2", "222");
        cmap.put("3", "333");
        cmap.put("4", "444");
        System.out.println("原Map:" + cmap);
        Iterator<String> iterator = cmap.keySet().iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            String key = iterator.next();
            if (key.equals("2")) {
                cmap.put("new" + key, "new222");
            }
        }
        System.out.println("修改后:" + cmap);
    }
}

结果：

HashMap代码：

import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;

public class HashMapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, String> map = new HashMap<>();
        map.put("1", "111");
        map.put("2", "222");
        map.put("3", "333");
        map.put("4", "444");
        System.out.println("原Map:" + map);
        Iterator<String> it = map.keySet().iterator();
        while (it.hasNext()) {
            String key = it.next();
            if (key.equals("2")) {
                map.put("new" + key, "new222");
            }
        }
        System.out.println("修改后:" + map);
    }
}

结果：

查看输出，很明显ConcurrentHashMap可以支持向map中添加新元素，而HashMap则抛出了ConcurrentModificationException。查看异常堆栈记录，可以发现是下面这条语句抛出异常：

String key = it.next();

这就意味着新的元素在HashMap中已经插入了，但是在迭代器执行时出现错误。事实上，集合对象的迭代器提供快速失败（Fail-Fast）的机制，即修改集合对象结构或者元素数量都会使迭代器触发这个异常。

使用要点简单总结：
1、 get方法不涉及到锁，也就是说获得对象时没有使用锁；
2、put、remove方法要使用锁，但并不一定有锁争用，原因在于ConcurrentHashMap将缓存的变量分到多个Segment，每个Segment上有一个锁，只要多个线程访问的不是一个Segment就没有锁争用，就没有堵塞，各线程用各自的锁，ConcurrentHashMap缺省情况下生成16个Segment，也就是允许16个线程并发的更新而尽量没有锁争用；
3、Iterator对象的使用，不一定是和其它更新线程同步，获得的对象可能是更新前的对象，ConcurrentHashMap允许一边更新、一边遍历，也就是说在Iterator对象遍历的时候，ConcurrentHashMap也可以进行remove,put操作，且遍历的数据会随着remove,put操作产出变化。

CopyOnWriteArrayList
ArrayList是线程不安全的，也可以使用 Collections.synchronizedList(list)变成线程安全的。这里也可以直接使用CopyOnWriteArrayList。
CopyOnWriteArrayList是线程安全的，它内部持有了ReenTrantLock对象，它使用了一种叫写时复制的方法，当有新元素添加到CopyOnWriteArrayList时，先从原有的数组中拷贝一份出来，然后在新的数组做写操作，写完之后，再将原来的数组引用指向到新数组。而读的时候不加锁不阻塞，即在原版上读，这样就实现了读写的分离。
示例：
这里主要测试它的线程安全性，不再与ArrayList作比较。

import java.util.Iterator;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

public class CopyOnWriteArrayListDemo {
    static CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
    static {
        list.add("111");
        list.add("222");
        list.add("333");
        list.add("444");
    }

    public static void main(String[] args) {
        Test test = new Test();
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Thread(test).start();
        }
    }

    static class Test implements Runnable {

        @Override
        public void run() {
            synchronized (this) {

                Iterator<String> it = list.iterator();
                while (it.hasNext()) {
                    System.out.print(it.next() + " ");
                }
                System.out.println();
                list.add("555");
            }
        }
    }
}

结果：

CopyOnWriteArraySet
CopyOnWriteArraySet与CopyOnWriteArrayList的用法基本相同，唯一注意的就是CopyOnWriteArraySet是不允许重复（唯一）的。
示例：
我们修改一下CopyOnWriteArrayList的示例来看一下

import java.util.Iterator;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArraySet;

public class CopyOnWriteArraySetDemo {
    static CopyOnWriteArraySet<String> set = new CopyOnWriteArraySet<>();
    static {
        set.add("111");
        set.add("222");
        set.add("222");
        set.add("333");
    }

    public static void main(String[] args) {
        Test test = new Test();
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Thread(test).start();
        }
    }

    static class Test implements Runnable {

        @Override
        public void run() {
            synchronized (this) {

                Iterator<String> it = set.iterator();
                while (it.hasNext()) {
                    System.out.print(it.next() + " ");
                }
                System.out.println();
                set.add("444");
            }
        }
    }
}

结果：

Java多线程_并发容器ConcurrentHashMap/CopyOnWriteArrayList/CopyOnWriteArraySet

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