多線程筆記(三)

来源:https://www.cnblogs.com/xuzhuo123/archive/2022/05/14/16269332.html
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多線程筆記(三) 1. 同步容器與併發容器 同步容器 通過synchronized關鍵字實現線程安全的容器;或通過Collections這個工具類的synchronizedXXX方法創建的容器,都稱為同步容器 例如Vector, Stack, Hashtable Vector是list介面的線程安全 ...


多線程筆記(三)

1. 同步容器與併發容器

同步容器

通過synchronized關鍵字實現線程安全的容器;或通過Collections這個工具類的synchronizedXXX方法創建的容器,都稱為同步容器

例如Vector, Stack, Hashtable

Vector是list介面的線程安全實現

Stack是Vector的子類,是一個先進後出的棧,入棧和出棧都是同步的

Hashtable是Map介面的線程安全實現

併發容器

同步容器一次只能允許一個線程去使用,因此性能較差。

允許多線程同時使用容器,並能保證線程安全的容器都是併發容器。

併發容器有兩個介面,分別為ConcurrentMapBlockingQueue

主要的實現

  • CopyOnWrite容器
    • CopyOnWriteArrayList
    • CopyOnWriteArraySet
  • ConcurrentMap的實現類
    • ConcurrentHashMap
    • ConcurrentSkipListMap(支持排序)
  • 阻塞隊列的實現
    • ArrayBlockingQueue:使用數組實現的有界阻塞隊列
    • LinkedBlockingQueue:使用鏈表實現的有界阻塞隊列
    • PriorityBlockingQueue:支持優先順序的無界阻塞隊列
    • DelayQueue:支持延時獲取元素的無界阻塞隊列
    • SyncronousQueue:不存儲元素的阻塞隊列
    • LinkedTransferQueue:使用鏈表實現的無界阻塞隊列
    • LinkedBlockingDeque:使用鏈表實現的雙向阻塞隊列
  • 非阻塞隊列的實現:
    • ConcurrentLinkedQueue:使用鏈表實現的無界非阻塞隊列
    • ConcurrentLinkedDeque:使用鏈表實現的雙向非阻塞隊列

2. CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList是一個允許多線程使用,能夠保證線程安全,底層使用數組實現的併發容器。

基本設計思想

​ 內部還是使用數組來存放數據,CopyOnWrite指的是寫時複製,一個數組在讀的時候使用原數組,寫的時候,假如添加一個元素進來,先copy原來的數組,添加一個元素的位置,然後把新的元素放進來。這時記憶體裡面同時存在兩個數組,原數組支持讀請求,新數組支持讀請求。同時將指向原數組的變數改為指向新數組。

缺點:

​ 每次寫的時候,都去cpoy一份數據出來,如果數據比較大的話,比較耗費記憶體

​ 只能保證數據最終一致,不能保證實時一致,當數據在修改的時候,讀取到的數據是”舊“的值。

適用場景:讀多寫少,對實時性要求不是特別高。

3. ConcurrentHashMap

概述

ConcurrentHashMap是一個實現Map功能的併發容器,也可以認為是一個線程安全的HashMap

不同JDK版本裡面的實現機制不一樣的。JDK1.8之前是數組加鏈表,JDK1.8及其之後是數組加鏈表/紅黑樹。

ConcurrentHashMap繼承了AbstractMap,實現了ConcurrentMap介面

AbstractMap實現了Map介面,提供了Map介面的骨幹實現,如果我們自己想要實現一個Map,可以繼承AbstractMap,這樣可以最大限度的減少自己實現Map這類數據結構所需要的工作量。

ConcurrentMap主要提供了一些針對Map的原子操作

內部結構

使用Node<K, V>[](Node類型的數組)來存放數據

Node節點類型

Node:

用來存放k-v數據的node,如果發生了哈希衝突,那麼就使用鏈表法解決

TreeBin

它是一個指向紅黑樹的代理節點,用來存放數據,樹上的節點是TreeNode,TreeNode繼承了Node節點。TreeBin的作用是方便對紅黑樹的操作(左旋,右旋,刪除,平衡等等),TreeBin還包含了加鎖解鎖等操作。

ForwardingNode

是一種臨時節點,擴容的時候才會使用。不存儲數據。

ReservationNode

保留節點,給ConcurrentHashMap中的一些特殊方法使用,不存儲數據。只在computeIfAbsent和compute這兩個方法裡面使用。

擴容和數據遷移的思路

擴容:

  1. 數組擴容:創建一個新數組,通常長度為原來的兩倍

  2. 數據遷移:把舊的數組裡的數據拷貝到新的數組裡面

擴容部分大家可以看看這一篇 https://blog.csdn.net/zzu_seu/article/details/106698150

4. BlockingQueue

阻塞隊列(BlockingQueue):在併發環境下,調用隊列的過程中,會根據情況去阻塞調用線程,實現這樣帶阻塞功能的隊列,就是阻塞隊列。

阻塞隊列是通過“鎖”?來實現的,主要用在生產者-消費者模式,用於線程間的數據交換和系統解耦。

阻塞隊列的作用:

  • 如果線程向隊列插入元素,而這個時候隊列滿了,就會阻塞這個線程,直到隊列有空閑。
  • 如果線程從隊列中獲取元素,而這個時候,隊列為空,就會阻塞這個線程,直到隊列裡面有數據

BlockingQueue介面中的一些方法

操作成功返回true, 如果操作失敗拋異常:add(E e), remove(Object o)

操作成功返回true,操作失敗返回false:offer(E e)

隊列滿了阻塞調用線程:put(E e), take()

阻塞+超時:offer(E e, long timeout, TimeUnit unit), poll(long timeout, TimeUnit unit)

阻塞隊列的特點

  • 不能包含null元素
  • 實現這個介面的類都必須是線程安全的
  • 可以限定容量大小

5. ArrayBlockingQueue

ArrayBlockingQueue是BlockingQueue介面的典型實現。

ArrayBlockingQueue是基於數組來實現的,有界的阻塞隊列

ArrayBlockingQueue特點

  • 隊列容量在創建的時候指定,之後不可更改
  • 插入元素在隊尾,刪除元素在隊首
  • 隊列滿了,對阻塞插入元素的線程,隊列為空,會阻塞刪除元素的線程
  • 支持公平/非公平的冊羅,預設是非公平的
  • 加的鎖是全局鎖,如果在處理出隊的時候,是處理不了入隊的,反之同理。在超高併發環境下,可能會有性能問題

6. LinkedBlockingQueue

LinkedBlockingQueue是BlockingQueue介面的典型實現。

LinkedBlockingQueue是基於鏈表實現的,一種近似有界阻塞隊列。

LinkedBlockingQueue特點

  • 與ArrayBlockingQueue的全局鎖不同的是,LinkedBlockingQueue有兩把鎖,一把是控制入隊的putLock,一把是控制出隊的takeLock。
  • 與ArrayBlockingQueue初始必須指定隊列大小不同的是,其可以在初始化時指定隊列的容量,如果不指定,容量大小預設為Integer的最大值。
  • 與ArrayBlockingQueue可以指定公平/非公平策略不同的是,LinkedBlockingQueue不可以指定公平/非公平策略。

7. ConcurrentLinkedQueue

ConcurrentLinkedQueue是Queue介面的實現

ConcurrentLinkedQueue是基於鏈表實現的,無界的非阻塞隊列

與阻塞隊列最大的不同是,該隊列不再基於“鎖”來保證隊列的併發安全性,而是通過自旋+CAS的方式來保證


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