Javaマルチスレッドの高度な並行データ構造

並行データ構造

一般的に使用されるデータ構造はスレッドセーフではありません
- ArrayList / HashMap / HashSet非同期
- 複数のスレッドが同時に単独で書き込みを行うと、例外またはデータエラーがスローされる場合がある
従来のベクター/ HashTableおよびその他の同期されたデータコレクションのパフォーマンスが低い
並行データ構造：データの追加または削除
- コレクションのブロック：コレクションが空またはいっぱいの場合、待機します
- ノンブロッキングコレクション：コレクションが空またはいっぱいの場合、待機せず、nullまたは例外を返します。

リスト

同期セキュリティをベクトル化し、書き込みを増やし、読み取りを減らし、効率を低下させる
ArrayListは安全ではありません
同期に基づく同期リスト（リストリスト）メソッドは、リストをスレッドセーフにし、効率を低下させます
CopyOnWriteArrayList（JDK5はコピーメカニズムに基づいた同時実行リストクラスを提供します）、ノンブロッキング、より多くの読み取りと少ない書き込みに適しています。つまり、データを入力した後、ほとんどの操作が読み取られてトラバースされます。効率がよく、複数のスレッドでの使用に適しています。

    package thread0418;

    import java.time.LocalDateTime;
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.Collections;
    import java.util.List;
    import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

    /**
     * 并发数据结构对比
     */
    public class ThreadListDemo1 {
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            // 线程不安全
            List<String> unsafeList = new ArrayList<String>();
            // 线程安全 将一个不安全的转成安全的
            List<String> safeList1 = Collections.synchronizedList(new ArrayList<String>());
            // 线程安全
            CopyOnWriteArrayList<String> safeList2 = new CopyOnWriteArrayList<String>();

            ListThread111 t1 = new ListThread111(unsafeList);
            ListThread111 t2 = new ListThread111(safeList1);
            ListThread111 t3 = new ListThread111(safeList2);

            // 分别启动十个线程, 运行测试
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                Thread t = new Thread(t1, String.valueOf(i));
                t.start();
            }
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                Thread t = new Thread(t2, String.valueOf(i));
                t.start();
            }
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                Thread t = new Thread(t3, String.valueOf(i));
                t.start();
            }

            // 等待子线程执行完
            Thread.sleep(2000);

            System.out.println(LocalDateTime.now() + " => " + t1.list.size());
            System.out.println(LocalDateTime.now() + " => " + t2.list.size());
            System.out.println(LocalDateTime.now() + " => " + t3.list.size());

            // 输出list中的值
            System.out.println(LocalDateTime.now() + " => " + "unsafeList:");
            for (String s : t1.list) {
                if (s == null) {
                    System.out.print("null ");
                } else {
                    System.out.print(s + " ");
                }
            }
            System.out.println();

            System.out.println(LocalDateTime.now() + " => " + "safeList1: ");
            for (String s : t2.list) {
                if (s == null) {
                    System.out.print("null ");
                } else {
                    System.out.print(s + " ");
                }
            }
            System.out.println();

            System.out.println(LocalDateTime.now() + " => " + "safeList2: ");
            for (String s : t3.list) {
                if (s == null) {
                    System.out.print("null ");
                } else {
                    System.out.print(s + " ");
                }
            }


        }
    }

    class ListThread111 implements Runnable {
        public List<String> list;

        public ListThread111(List<String> list) {
            this.list = list;
        }

        @Override
        public void run() {
            int i = 0;
            while (i < 10) {
                try {
                    Thread.sleep(10);
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                // 把当前线程名字加到 list 中
                list.add(Thread.currentThread().getName());
                i++;
            }
        }
    }

セットする

HashSetは安全ではありません
同期された低効率に基づくCollections.synchronizedSet（セットセット）
CopyOnWriteArraySet（JDK5が提供するCopyOnWriteArrayListに基づく実装）、非ブロッキング、読み取りと書き込みを少なくするのに適しており、効率がよく、マルチスレッドの使用に適しています。

    package thread0418;

    import java.time.LocalDateTime;
    import java.util.Collections;
    import java.util.HashSet;
    import java.util.Set;
    import java.util.concurrent.CopyOnWriteArraySet;

    public class ThreadSetDemo1 {
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            // 线程不安全
            Set<String> unsafeSet = new HashSet<String>();
            // 线程安全
            Set<String> safeSet1 = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());
            // 线程安全
            CopyOnWriteArraySet<String> safeSet2 = new CopyOnWriteArraySet<>();

            SetThread111 t1 = new SetThread111(unsafeSet);
            SetThread111 t2 = new SetThread111(safeSet1);
            SetThread111 t3 = new SetThread111(safeSet2);

            // 分别启动十个线程, 运行测试
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                Thread t = new Thread(t1, String.valueOf(i));
                t.start();
            }
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                Thread t = new Thread(t2, String.valueOf(i));
                t.start();
            }
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                Thread t = new Thread(t3, String.valueOf(i));
                t.start();
            }

            // 等待子线程执行完成
            Thread.sleep(2000);


            System.out.println(LocalDateTime.now() + " => " + t1.set.size());
            System.out.println(LocalDateTime.now() + " => " + t2.set.size());
            System.out.println(LocalDateTime.now() + " => " + t3.set.size());

            // 输出 Set 中的值
            System.out.println(LocalDateTime.now() + " => " + "unsafeSet: ");
            for (String ele : t1.set) {
                if (ele == null) {
                    System.out.print("null ");
                } else {
                    System.out.print(ele + " ");
                }
            }
            System.out.println();
            System.out.println(LocalDateTime.now() + " => " + "safeSet1: ");
            for (String ele : t2.set) {
                if (ele == null) {
                    System.out.print("null ");
                } else {
                    System.out.print(ele + " ");
                }
            }
            System.out.println();
            System.out.println(LocalDateTime.now() + " => " + "safeSet2: ");
            for (String ele : t3.set) {
                if (ele == null) {
                    System.out.print("null ");
                } else {
                    System.out.print(ele + " ");
                }
            }
        }
    }

    class SetThread111 implements Runnable {
        public Set<String> set;

        public SetThread111(Set<String> set) {
            this.set = set;
        }

        @Override
        public void run() {
            int i = 0;
            while (i < 10) {
                try {
                    Thread.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                // 把当前线程名称加入 set里
                set.add(Thread.currentThread().getName() + i);
                i++;
            }
        }
    }

地図

ハッシュテーブルの同期セキュリティ、書き込みと読み取りが少ない、効率が悪い
HashMapは安全ではありません
同期された低効率に基づくCollections.synchronizedMap（マップマップ）
ConcurrentHashMap読み取りと書き込みが少なく、非ブロッキング

    package thread0418;

    import java.time.LocalDateTime;
    import java.util.Collections;
    import java.util.HashMap;
    import java.util.Iterator;
    import java.util.Map;
    import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

    public class ThreadMapDemo1 {
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            // 线程不安全
            MapThread111 t1 = new MapThread111(new HashMap<>());
            // 线程安全
            MapThread111 t2 = new MapThread111(Collections.synchronizedMap(new HashMap<>()));
            // 线程安全
            MapThread111 t3 = new MapThread111(new ConcurrentHashMap<>());

            // 分别启动十个线程, 运行测试
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                Thread t = new Thread(t1);
                t.start();
            }
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                Thread t = new Thread(t2);
                t.start();
            }
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                Thread t = new Thread(t3);
                t.start();
            }

            // 等待子线程执行完
            Thread.sleep(2000);
            System.out.println(LocalDateTime.now() + " => " + t1.map.size());
            System.out.println(LocalDateTime.now() + " => " + t2.map.size());
            System.out.println(LocalDateTime.now() + " => " + t3.map.size());

            // 输出 map 中的值
            System.out.println(LocalDateTime.now() + " => " + "unsafeMap:");
            Iterator<Map.Entry<Integer, String>> iterator = t1.map.entrySet().iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                Map.Entry<Integer, String> entry = iterator.next();
                System.out.print(entry.getKey() + ":" + entry.getValue() + "  ");
            }
            System.out.println();

            System.out.println(LocalDateTime.now() + " => " + "safeMap:");
            iterator = t2.map.entrySet().iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                Map.Entry<Integer, String> entry = iterator.next();
                System.out.print(entry.getKey() + ":" + entry.getValue() + "  ");
            }
            System.out.println();

            System.out.println(LocalDateTime.now() + " => " + "safeMap2:");
            iterator = t3.map.entrySet().iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                Map.Entry<Integer, String> entry = iterator.next();
                System.out.print(entry.getKey() + ":" + entry.getValue() + "  ");
            }
            System.out.println();
            System.out.println(LocalDateTime.now() + " => " + "mapThread1.map.size()" + t1.map.size());
            System.out.println(LocalDateTime.now() + " => " + "mapThread2.map.size()" + t2.map.size());
            System.out.println(LocalDateTime.now() + " => " + "mapThread3.map.size()" + t3.map.size());


        }
    }

    class MapThread111 implements Runnable {
        public Map<Integer, String> map;

        public MapThread111(Map<Integer, String> map) {
            this.map = map;
        }

        @Override
        public void run() {
            int i = 0;
            while (i < 100) {
                try {
                    Thread.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                // 把当前线程名称放入map中
                map.put(++i, Thread.currentThread().getName());
            }
        }
    }

Queue（一方向キュー）およびDeque（双方向キュー）（JDK1.5）

ConcurrentLinkedQueueノンブロッキング
ArrayBlockingQueue / LinkedBlockingQueue遮断

    package thread0418;

    import java.time.LocalDateTime;
    import java.util.ArrayDeque;
    import java.util.Queue;
    import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
    import java.util.concurrent.ConcurrentLinkedDeque;

    public class ThreadQueueDemo1 {
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            // 线程不安全
            QueueThread111 t1 = new QueueThread111(new ArrayDeque<>());
            // 线程安全
            QueueThread111 t2 = new QueueThread111(new ConcurrentLinkedDeque<>());
            QueueThread111 t3 = new QueueThread111(new ArrayBlockingQueue<>(100));

            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                Thread thread = new Thread(t1, String.valueOf(i));
                thread.start();
            }
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                Thread thread = new Thread(t2, String.valueOf(i));
                thread.start();
            }
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                Thread thread = new Thread(t3, String.valueOf(i));
                thread.start();
            }

            // 等待子线程执行完
            Thread.sleep(2000);

            System.out.println(LocalDateTime.now() + " => " + t1.queue.size());
            System.out.println(LocalDateTime.now() + " => " + t2.queue.size());
            System.out.println(LocalDateTime.now() + " => " + t3.queue.size());

            // 输出 Queue 中的值
            System.out.println("unsafeQueue: ");
            for (String s : t1.queue) {
                System.out.print(s + " ");
            }
            System.out.println();
            System.out.println("safeQueue1: ");
            for (String s : t2.queue) {
                System.out.print(s + " ");
            }
            System.out.println();
            System.out.println("safeQueue2: ");
            for (String s : t3.queue) {
                System.out.print(s + " ");
            }
        }
    }

    class QueueThread111 implements Runnable {
        public Queue<String> queue;

        public QueueThread111(Queue<String> queue) {
            this.queue = queue;
        }

        @Override
        public void run() {
            int i = 0;
            while (i < 10) {
                i++;
                try {
                    Thread.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                // 把当前线程名称加入list中
                queue.add(Thread.currentThread().getName());
            }
        }
    }

まとめ
- データ構造の同時書き込みの問題を理解する
- ビジネス特性に従って、正しい並行データ構造を使用します

Javaマルチスレッドの高度な並行データ構造

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