Java中线程安全的集合

    技术2023-11-10  77

    Java中线程安全的集合


    引言:

             本文主要分享了Collection体系集合下除了Vector以外的线程安全集合,包括:Collection中的安全工具方法、子类CopyOnWriteArrayList、CopyOnWriteArraySet、ConcurrentHashMap、Queue接口、ConcurrentLinkedQueue、BlockingQueue以及阻塞队列;

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    文章目录

    Java中线程安全的集合1. Collection中的工具方法2. CopyOnWriteArrayList3. CopyOnWriteArraySet4. ConcurrentHashMap5. Queue接口(队列)5.1 ConcurrentLinkedQueue5.2 BlockingQueue接口5.3 阻塞队列 Collection体系集合下除了Vector以外的线程安全集合;(线程安全且没有影响效率)

    Vector:对方法多加了把锁,性能低;

    1. Collection中的工具方法

    Collection工具类中提供了多个可以获得线程安全集合的方法;

    public static < T >Collection< T > synchronizedCollection(Collection< T > c)public static < T >List< T > synchronizedList(List< T > list)public static < T >Set< T > synchronizedSet(Collection< T > set)public static < K,V >Map< K,V > synchronizedMap(Collection< K,V > map)public static < T >SortedSet< T > synchronizedSortedSet(Collection< T > s)public static < K,V >SortedMap< K,V > synchronizedSortedMap(Collection< K,V > m) JDK1.2提供,接口统一、维护性高,但性能没有提升,均以synchonized实现; public class TestCollectionsForSyn { public static void main(String[] args) { List<String> list = new ArrayList<String>(); List<String> safeList = Collections.synchronizedList(list);//Collections$SynchronizedList //和普通集合应用无差别 safeList.add("A");//SynchronizedList里的add方法。该方法有锁 safeList.add("B"); safeList.add("C"); safeList.remove(1); safeList.get(1); Set<String> sets = new HashSet<String>(); Set<String> newSet = Collections.synchronizedSet(sets); newSet.add("A"); newSet.add("B"); newSet.add("C"); for(String s : newSet) { System.out.println(s); } } } 只是加入了Synchronized锁,使得集合安全

    2. CopyOnWriteArrayList

    ArrayList的一个线程安全的变体,与ArrayList的使用方式一样;

    写有锁,读无锁,读写之间不阻塞,优于读写锁;

    写入时,先copy一个容器副本、再添加新元素,最后替换引用;

    public class TestCopyOnWriteArrayList { public static void main(String[] args) { CopyOnWriteArrayList<String> alist = new CopyOnWriteArrayList<String>(); //写操作有锁 alist.add("A");//将底层数组做一次复制,写的是新数组,完成赋值后将新替换为旧 alist.add("B");//每调用一次,底层方法扩容一次 //读操作无锁 System.out.println(alist.get(1));//读是写操作完成之前的旧数组写完后才能读到值 } }

    3. CopyOnWriteArraySet

    线程安全的Set,底层使用CopyOnWriteList实现;

    唯一不同在于使用addIfAbsent()添加元素,会遍历数组;

    如果存在元素,则不添加;

    public class TestCopyOnWriteArraySet { public static void main(String[] args) { //无序、无下标、不允许重复 CopyOnWriteArraySet<String> aset = new CopyOnWriteArraySet<String>(); //写操作 表面使用的是add方法,底层实际是用的CopyOnWriteArrayList的 addIfAbsent()来判断要插入的新值是否存在 aset.add("A"); aset.add("B"); aset.add("C"); for(String s : aset) { System.out.println(s); } } }

    4. ConcurrentHashMap

    初始容量默认为16段(Segment),使用分段锁设计,用法与HashMap一样;

    不对整个Map加锁,而是为每个Segment加锁;

    当多个对象存入同一个Segment时,才需要互斥;

    最理想状态为16个对象分别存入16个Segment,并行数量16;

    public class TestConcurrentHashMap { public static void main(String[] args) { HashMap<String,String> maps = new HashMap<String,String>(); ConcurrentHashMap<String, String> ch = new ConcurrentHashMap<String, String>(); ch.put("A","卡卡"); ch.keySet(); } } JDK1.7:分段锁设计SegmentJDK1.8:CAS交换算法和同步锁,同步锁锁的是表头对象,拿到锁的对象要先做节点遍历。查看有没有相同的key,相同覆盖,不同,则挂在最后一个节点的next上;

    5. Queue接口(队列)

    Collection的子接口,表示队列FIFO(First In First Out)

    常用方法:

    抛出异常:

    boolean add(E e):顺序添加一个元素(达到上限后,在添加则会抛出异常)

    E remove():获得第一个元素并移除(如果队列没有元素时,抛出异常)

    E element():获得第一个元素但是不移除(如果队列没有元素时,抛出异常)

    返回特殊值(推):

    boolean offer(E e):顺序添加一个元素(达到上限后,在添加则会返回false)

    E poll():获得第一个元素并移除(如果队列没有元素时,返回null)

    E keep():获得第一个元素但是不移除(如果队列没有元素时,返回null)

    5.1 ConcurrentLinkedQueue

    线程安全、可高效的读写的队列,高并发下性能最好的队列

    无锁、CAS比较算法,修改的方法包括三个核心参数

    V:要更新的变量;E:预期值;N:新值

    当V==E时,V=N;否则表示已经被更新过,取消当前操作;

    public class TestQueue { public static void main(String[] args) { //线程安全 Queue<String> q = new ConcurrentLinkedQueue<String>(); q.offer("A");//插入 q.offer("B"); q.offer("C"); q.poll();//删除表头 System.out.println(q.peek());//获得表头 System.out.println(link.peek());//队列中的第一个元素 } }

    5.2 BlockingQueue接口

    Queue的子接口,阻塞的队列,增加了两个线程状态为无限期等待的方法。

    常用方法:

    void put(E e)//将指定元素插入此队列中,如果没有可用空间则等待E take():获取并移除此队列头部元素,如果没有可用元素则等待常用以解决生产者、消费者问题;

    5.3 阻塞队列

    ArrayBlockingQueue:数组结构实现,有界队列;(手工固定上限)

    //手动固定队列上限 BlockingQueue<String> bq = new ArrayBlockingQueue<String>(3);

    LinkedBlockingQueue:链表结构实现,无界队列;(默认上限Integer.MAX_VALUE)

    //无界队列 最大有 Integer.MAX_VALUE BlockingQueue<String> lbq = new LinkedBlockingQueue<String>();
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