14個(gè)并發(fā)容器，你用過幾個(gè)？

不考慮多線程并發(fā)的情況下，容器類一般使用ArrayList、HashMap等線程不安全的類，效率更高。在并發(fā)場(chǎng)景下，常會(huì)用到ConcurrentHashMap、ArrayBlockingQueue等線程安全的容器類，雖然犧牲了一些效率，但卻得到了安全。

上面提到的線程安全容器都在java.util.concurrent包下，這個(gè)包下并發(fā)容器不少，今天全部翻出來鼓搗一下。

僅做簡(jiǎn)單介紹，后續(xù)再分別深入探索。

簡(jiǎn)介

• ConcurrentHashMap：并發(fā)版HashMap
• CopyOnWriteArrayList：并發(fā)版ArrayList
• CopyOnWriteArraySet：并發(fā)Set
• ConcurrentLinkedQueue：并發(fā)隊(duì)列(基于鏈表)
• ConcurrentLinkedDeque：并發(fā)隊(duì)列(基于雙向鏈表)
• ConcurrentSkipListMap：基于跳表的并發(fā)Map
• ConcurrentSkipListSet：基于跳表的并發(fā)Set
• ArrayBlockingQueue：阻塞隊(duì)列(基于數(shù)組)
• LinkedBlockingQueue：阻塞隊(duì)列(基于鏈表)
• LinkedBlockingDeque：阻塞隊(duì)列(基于雙向鏈表)
• PriorityBlockingQueue：線程安全的優(yōu)先隊(duì)列
• SynchronousQueue：讀寫成對(duì)的隊(duì)列
• LinkedTransferQueue：基于鏈表的數(shù)據(jù)交換隊(duì)列
• DelayQueue：延時(shí)隊(duì)列

ConcurrentHashMap 并發(fā)版HashMap

最常見的并發(fā)容器之一，可以用作并發(fā)場(chǎng)景下的緩存。底層依然是哈希表，但在JAVA 8中有了不小的改變，而JAVA 7和JAVA 8都是用的比較多的版本，因此經(jīng)常會(huì)將這兩個(gè)版本的實(shí)現(xiàn)方式做一些比較(比如面試中)。

一個(gè)比較大的差異就是，JAVA 7中采用分段鎖來減少鎖的競(jìng)爭(zhēng)，JAVA 8中放棄了分段鎖，采用CAS(一種樂觀鎖)，同時(shí)為了防止哈希沖突嚴(yán)重時(shí)退化成鏈表(沖突時(shí)會(huì)在該位置生成一個(gè)鏈表，哈希值相同的對(duì)象就鏈在一起)，會(huì)在鏈表長(zhǎng)度達(dá)到閾值(8)后轉(zhuǎn)換成紅黑樹(比起鏈表，樹的查詢效率更穩(wěn)定)。

CopyOnWriteArrayList 并發(fā)版ArrayList

并發(fā)版ArrayList，底層結(jié)構(gòu)也是數(shù)組，和ArrayList不同之處在于：當(dāng)新增和刪除元素時(shí)會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的數(shù)組，在新的數(shù)組中增加或者排除指定對(duì)象，最后用新增數(shù)組替換原來的數(shù)組。

適用場(chǎng)景：由于讀操作不加鎖，寫(增、刪、改)操作加鎖，因此適用于讀多寫少的場(chǎng)景。

局限：由于讀的時(shí)候不會(huì)加鎖(讀的效率高，就和普通ArrayList一樣)，讀取的當(dāng)前副本，因此可能讀取到臟數(shù)據(jù)。如果介意，建議不用。

看看源碼感受下：

public class CopyOnWriteArrayList implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable { final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); private transient volatile Object[] array; // 添加元素，有鎖 public boolean add(E e) { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock(); // 修改時(shí)加鎖，保證并發(fā)安全 try { Object[] elements = getArray(); // 當(dāng)前數(shù)組 int len = elements.length; Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1); // 創(chuàng)建一個(gè)新數(shù)組，比老的大一個(gè)空間 newElements[len] = e; // 要添加的元素放進(jìn)新數(shù)組 setArray(newElements); // 用新數(shù)組替換原來的數(shù)組 return true; } finally { lock.unlock(); // 解鎖 } } // 讀元素，不加鎖，因此可能讀取到舊數(shù)據(jù) public E get(int index) { return get(getArray(), index); }}

CopyOnWriteArraySet 并發(fā)Set

基于CopyOnWriteArrayList實(shí)現(xiàn)(內(nèi)含一個(gè)CopyOnWriteArrayList成員變量)，也就是說底層是一個(gè)數(shù)組，意味著每次add都要遍歷整個(gè)集合才能知道是否存在，不存在時(shí)需要插入(加鎖)。

適用場(chǎng)景：在CopyOnWriteArrayList適用場(chǎng)景下加一個(gè)，集合別太大(全部遍歷傷不起)。

ConcurrentLinkedQueue 并發(fā)隊(duì)列(基于鏈表)

基于鏈表實(shí)現(xiàn)的并發(fā)隊(duì)列，使用樂觀鎖(CAS)保證線程安全。因?yàn)閿?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是鏈表，所以理論上是沒有隊(duì)列大小限制的，也就是說添加數(shù)據(jù)一定能成功。

ConcurrentLinkedDeque 并發(fā)隊(duì)列(基于雙向鏈表)

基于雙向鏈表實(shí)現(xiàn)的并發(fā)隊(duì)列，可以分別對(duì)頭尾進(jìn)行操作，因此除了先進(jìn)先出(FIFO)，也可以先進(jìn)后出(FILO)，當(dāng)然先進(jìn)后出的話應(yīng)該叫它棧了。

ConcurrentSkipListMap 基于跳表的并發(fā)Map

SkipList即跳表，跳表是一種空間換時(shí)間的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過冗余數(shù)據(jù)，將鏈表一層一層索引，達(dá)到類似二分查找的效果

ConcurrentSkipListSet 基于跳表的并發(fā)Set

類似HashSet和HashMap的關(guān)系，ConcurrentSkipListSet里面就是一個(gè)ConcurrentSkipListMap，就不細(xì)說了。

ArrayBlockingQueue 阻塞隊(duì)列(基于數(shù)組)

基于數(shù)組實(shí)現(xiàn)的可阻塞隊(duì)列，構(gòu)造時(shí)必須制定數(shù)組大小，往里面放東西時(shí)如果數(shù)組滿了便會(huì)阻塞直到有位置(也支持直接返回和超時(shí)等待)，通過一個(gè)鎖ReentrantLock保證線程安全。

用offer操作舉個(gè)例子：

public class ArrayBlockingQueue extends AbstractQueue implements BlockingQueue, java.io.Serializable { /** * 讀寫共用此鎖，線程間通過下面兩個(gè)Condition通信 * 這兩個(gè)Condition和lock有緊密聯(lián)系(就是lock的方法生成的) * 類似Object的wait/notify */ final ReentrantLock lock; /** 隊(duì)列不為空的信號(hào)，取數(shù)據(jù)的線程需要關(guān)注 */ private final Condition notEmpty; /** 隊(duì)列沒滿的信號(hào)，寫數(shù)據(jù)的線程需要關(guān)注 */ private final Condition notFull; // 一直阻塞直到有東西可以拿出來 public E take() throws InterruptedException { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lockInterruptibly(); try { while (count == 0) notEmpty.await(); return dequeue(); } finally { lock.unlock(); } } // 在尾部插入一個(gè)元素，隊(duì)列已滿時(shí)等待指定時(shí)間，如果還是不能插入則返回 public boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { checkNotNull(e); long nanos = unit.toNanos(timeout); final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lockInterruptibly(); // 鎖住 try { // 循環(huán)等待直到隊(duì)列有空閑 while (count == items.length) { if (nanos <= 0) return false;// 等待超時(shí)，返回 // 暫時(shí)放出鎖，等待一段時(shí)間(可能被提前喚醒并搶到鎖，所以需要循環(huán)判斷條件) // 這段時(shí)間可能其他線程取走了元素，這樣就有機(jī)會(huì)插入了 nanos = notFull.awaitNanos(nanos); } enqueue(e);//插入一個(gè)元素 return true; } finally { lock.unlock(); //解鎖 } }

乍一看會(huì)有點(diǎn)疑惑，讀和寫都是同一個(gè)鎖，那要是空的時(shí)候正好一個(gè)讀線程來了不會(huì)一直阻塞嗎？

答案就在notEmpty、notFull里，這兩個(gè)出自lock的小東西讓鎖有了類似synchronized + wait + notify的功能。傳送門 → 終于搞懂了sleep/wait/notify/notifyAll

LinkedBlockingQueue 阻塞隊(duì)列(基于鏈表)

基于鏈表實(shí)現(xiàn)的阻塞隊(duì)列，想比與不阻塞的ConcurrentLinkedQueue，它多了一個(gè)容量限制，如果不設(shè)置默認(rèn)為int最大值。

LinkedBlockingDeque 阻塞隊(duì)列(基于雙向鏈表)

類似LinkedBlockingQueue，但提供了雙向鏈表特有的操作。

PriorityBlockingQueue 線程安全的優(yōu)先隊(duì)列

構(gòu)造時(shí)可以傳入一個(gè)比較器，可以看做放進(jìn)去的元素會(huì)被排序，然后讀取的時(shí)候按順序消費(fèi)。某些低優(yōu)先級(jí)的元素可能長(zhǎng)期無法被消費(fèi)，因?yàn)椴粩嘤懈邇?yōu)先級(jí)的元素進(jìn)來。

SynchronousQueue 數(shù)據(jù)同步交換的隊(duì)列

一個(gè)虛假的隊(duì)列，因?yàn)樗鼘?shí)際上沒有真正用于存儲(chǔ)元素的空間，每個(gè)插入操作都必須有對(duì)應(yīng)的取出操作，沒取出時(shí)無法繼續(xù)放入。

一個(gè)簡(jiǎn)單的例子感受一下：

import java.util.concurrent.*;public class Main { public static void main(String[] args) { SynchronousQueue queue = new SynchronousQueue<>(); new Thread(() -> { try { // 沒有休息，瘋狂寫入 for (int i = 0; ; i++) { System.out.println("放入: " + i); queue.put(i); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }).start(); new Thread(() -> { try { // 咸魚模式取數(shù)據(jù) while (true) { System.out.println("取出: " + queue.take()); Thread.sleep((long) (Math.random() * 2000)); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }).start(); }}/* 輸出:放入: 0取出: 0放入: 1取出: 1放入: 2取出: 2放入: 3取出: 3*/

可以看到，寫入的線程沒有任何sleep，可以說是全力往隊(duì)列放東西，而讀取的線程又很不積極，讀一個(gè)又sleep一會(huì)。輸出的結(jié)果卻是讀寫操作成對(duì)出現(xiàn)。

JAVA中一個(gè)使用場(chǎng)景就是Executors.newCachedThreadPool()，創(chuàng)建一個(gè)緩存線程池。

public static ExecutorService newCachedThreadPool() { return new ThreadPoolExecutor( 0, // 核心線程為0，沒用的線程都被無情拋棄 Integer.MAX_VALUE, // 最大線程數(shù)理論上是無限了，還沒到這個(gè)值機(jī)器資源就被掏空了 60L, TimeUnit.SECONDS, // 閑置線程60秒后銷毀 new SynchronousQueue()); // offer時(shí)如果沒有空閑線程取出任務(wù)，則會(huì)失敗，線程池就會(huì)新建一個(gè)線程}

LinkedTransferQueue 基于鏈表的數(shù)據(jù)交換隊(duì)列

實(shí)現(xiàn)了接口TransferQueue，通過transfer方法放入元素時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)有線程在阻塞在取元素，會(huì)直接把這個(gè)元素給等待線程。如果沒有人等著消費(fèi)，那么會(huì)把這個(gè)元素放到隊(duì)列尾部，并且此方法阻塞直到有人讀取這個(gè)元素。和SynchronousQueue有點(diǎn)像，但比它更強(qiáng)大。

DelayQueue 延時(shí)隊(duì)列

可以使放入隊(duì)列的元素在指定的延時(shí)后才被消費(fèi)者取出，元素需要實(shí)現(xiàn)Delayed接口。

總結(jié)

上面簡(jiǎn)單介紹了JAVA并發(fā)包下的一些容器類，知道有這些東西，遇到合適的場(chǎng)景時(shí)就能想起有個(gè)現(xiàn)成的東西可以用了。想要知其所以然，后續(xù)還得再深入探索一番。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的java 头尾 队列_探索JAVA并发 - 并发容器全家福的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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