一、并發(fā)容器

1.1 JDK 提供的并發(fā)容器總結(jié)

JDK 提供的這些容器大部分在java.util.concurrent包中。

ConcurrentHashMap: 線程安全的 HashMap

CopyOnWriteArrayList: 線程安全的 List，在讀多寫(xiě)少的場(chǎng)合性能非常好,遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于 Vector.

ConcurrentLinkedQueue: 高效的并發(fā)隊(duì)列，使用鏈表實(shí)現(xiàn)?？梢钥醋鲆粋€(gè)線程安全的

LinkedList，這是一個(gè)非阻塞隊(duì)列。

BlockingQueue: 這是一個(gè)接口，JDK 內(nèi)部通過(guò)鏈表、數(shù)組等方式實(shí)現(xiàn)了這個(gè)接口。表示阻塞隊(duì)列，非常適合用于作為數(shù)據(jù)共享的通道。

ConcurrentSkipListMap: 跳表的實(shí)現(xiàn)。這是一個(gè) Map，使用跳表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速查找。

1.2 ConcurrentHashMap

我們知道 HashMap 不是線程安全的，在并發(fā)場(chǎng)景下如果要保證一種可行的方式是使用
Collections.synchronizedMap()方法來(lái)包裝我們的 HashMap。但這是通過(guò)使用一個(gè)全局的鎖來(lái)同步不同線程間的并發(fā)訪問(wèn)，因此會(huì)帶來(lái)不可忽視的性能問(wèn)題。

所以就有了 HashMap 的線程安全版本—— ConcurrentHashMap 的誕生。在 ConcurrentHashMap 中，無(wú)論是讀操作還是寫(xiě)操作都能保證很高的性能：在進(jìn)行讀操作時(shí)(幾乎)不需要加鎖，而在寫(xiě)操作時(shí) 通過(guò)鎖分段技術(shù)只對(duì)所操作的段加鎖而不影響客戶端對(duì)其它段的訪問(wèn)。

1.3 CopyOnWriteArrayList

1.3.1 CopyOnWriteArrayList 簡(jiǎn)介

在很多應(yīng)用場(chǎng)景中，讀操作可能會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于寫(xiě)操作。由于讀操作根本不會(huì)修改原有的數(shù)據(jù)，因此對(duì)于每 次讀取都進(jìn)行加鎖其實(shí)是一種資源浪費(fèi)。我們應(yīng)該允許多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn) List 的內(nèi)部數(shù)據(jù)，畢竟讀取操作是安全的。

這和我們之前在多線程章節(jié)講過(guò) ReentrantReadWriteLock 讀寫(xiě)鎖的思想非常類(lèi)似，也就是讀讀共享、寫(xiě)寫(xiě)互斥、讀寫(xiě)互斥、寫(xiě)讀互斥。JDK 中提供了 CopyOnWriteArrayList 類(lèi)比相比于在讀寫(xiě)鎖的思想又更進(jìn)一步。為了將讀取的性能發(fā)揮到極致， CopyOnWriteArrayList 讀取是完全不用加鎖的， 并且更厲害的是：寫(xiě)入也不會(huì)阻塞讀取操作。只有寫(xiě)入和寫(xiě)入之間需要進(jìn)行同步等待。這樣一來(lái)，讀操 作的性能就會(huì)大幅度提升。那它是怎么做的呢？

1.3.2 CopyOnWriteArrayList 是如何做到的？

1.3.3 CopyOnWriteArrayList 讀取和寫(xiě)入源碼簡(jiǎn)單分析

1.3.3.1 CopyOnWriteArrayList 讀取操作的實(shí)現(xiàn)

讀取操作沒(méi)有任何同步控制和鎖操作，理由就是內(nèi)部數(shù)組 array 不會(huì)發(fā)生修改，只會(huì)被另外一個(gè) array替換，因此可以保證數(shù)據(jù)安全。

1.3.3.2 CopyOnWriteArrayList 寫(xiě)入操作的實(shí)現(xiàn)

CopyOnWriteArrayList 寫(xiě)入操作 add() 方法在添加集合的時(shí)候加了鎖，保證了同步，避免了多線程寫(xiě)的時(shí)候會(huì) copy 出多個(gè)副本出來(lái)。

1.4 ConcurrentLinkedQueue

1.5 BlockingQueue

1.5.1 BlockingQueue 簡(jiǎn)單介紹

上面我們己經(jīng)提到了 ConcurrentLinkedQueue 作為高性能的非阻塞隊(duì)列。下面我們要講到的是阻塞隊(duì)列——BlockingQueue。阻塞隊(duì)列（BlockingQueue）被廣泛使用在“生產(chǎn)者-消費(fèi)者”問(wèn)題中，其原因是BlockingQueue 提供了可阻塞的插入和移除的方法。當(dāng)隊(duì)列容器已滿，生產(chǎn)者線程會(huì)被阻塞，直到隊(duì)列未滿；當(dāng)隊(duì)列容器為空時(shí)，消費(fèi)者線程會(huì)被阻塞，直至隊(duì)列非空時(shí)為止。

BlockingQueue 是一個(gè)接口，繼承自 Queue，所以其實(shí)現(xiàn)類(lèi)也可以作為 Queue 的實(shí)現(xiàn)來(lái)使用，而Queue 又繼承自 Collection 接口。下面是 BlockingQueue 的相關(guān)實(shí)現(xiàn)類(lèi)：

下面主要介紹一下:ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue，這三個(gè) BlockingQueue 的實(shí)現(xiàn)類(lèi)。

1.5.2 ArrayBlockingQueue

1.5.3 LinkedBlockingQueue

LinkedBlockingQueue 底層基于單向鏈表實(shí)現(xiàn)的阻塞隊(duì)列，可以當(dāng)做無(wú)界隊(duì)列也可以當(dāng)做有界隊(duì)列來(lái)使用，同樣滿足 FIFO 的特性，與 ArrayBlockingQueue 相比起來(lái)具有更高的吞吐量，為了防止LinkedBlockingQueue 容量迅速增，損耗大量?jī)?nèi)存。通常在創(chuàng)建 LinkedBlockingQueue 對(duì)象時(shí)，會(huì)指定其大小，如果未指定，容量等于 Integer.MAX_VALUE。

相關(guān)構(gòu)造方法:

1.5.4 PriorityBlockingQueue

1.6 ConcurrentSkipListMap

為了引出 ConcurrentSkipListMap，先帶著大家簡(jiǎn)單理解一下跳表。

對(duì)于一個(gè)單鏈表，即使鏈表是有序的，如果我們想要在其中查找某個(gè)數(shù)據(jù)，也只能從頭到尾遍歷鏈表， 這樣效率自然就會(huì)很低，跳表就不一樣了。跳表是一種可以用來(lái)快速查找的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，有點(diǎn)類(lèi)似于平衡樹(shù)。它們都可以對(duì)元素進(jìn)行快速地查找。但一個(gè)重要的區(qū)別是：對(duì)平衡樹(shù)的插入和刪除往往很可能導(dǎo)致 平衡樹(shù)進(jìn)行一次全局的調(diào)整。而對(duì)跳表的插入和刪除只需要對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的局部進(jìn)行操作即可。這樣 帶來(lái)的好處是：在高并發(fā)的情況下，你會(huì)需要一個(gè)全局鎖來(lái)保證整個(gè)平衡樹(shù)的線程安全。而對(duì)于跳表， 你只需要部分鎖即可。這樣，在高并發(fā)環(huán)境下，你就可以擁有更好的性能。而就查詢的性能而言，跳表的時(shí)間復(fù)雜度也是 O(logn) 所以在并發(fā)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，JDK 使用跳表來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè) Map。

跳表的本質(zhì)是同時(shí)維護(hù)了多個(gè)鏈表，并且鏈表是分層的

最低層的鏈表維護(hù)了跳表內(nèi)所有的元素，每上面一層鏈表都是下面一層的子集。

跳表內(nèi)的所有鏈表的元素都是排序的。查找時(shí)，可以從頂級(jí)鏈表開(kāi)始找。一旦發(fā)現(xiàn)被查找的元素大于當(dāng)前鏈表中的取值，就會(huì)轉(zhuǎn)入下一層鏈表繼續(xù)找。這也就是說(shuō)在查找過(guò)程中，搜索是跳躍式的。如上圖所示，在跳表中查找元素 18。

查找 18 的時(shí)候原來(lái)需要遍歷 18 次，現(xiàn)在只需要 7 次即可。針對(duì)鏈表長(zhǎng)度比較大的時(shí)候，構(gòu)建索引查找效率的提升就會(huì)非常明顯。

從上面很容易看出，跳表是一種利用空間換時(shí)間的算法。

使用跳表實(shí)現(xiàn) Map 和使用哈希算法實(shí)現(xiàn) Map 的另外一個(gè)不同之處是：哈希并不會(huì)保存元素的順序，而跳表內(nèi)所有的元素都是排序的。因此在對(duì)跳表進(jìn)行遍歷時(shí)，你會(huì)得到一個(gè)有序的結(jié)果。所以，如果你的應(yīng)用需要有序性，那么跳表就是你不二的選擇。JDK 中實(shí)現(xiàn)這一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)是ConcurrentSkipListMap。

到此這篇關(guān)于Java并發(fā)容器相關(guān)知識(shí)總結(jié)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java并發(fā)容器內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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