Java高并发（五） - 线程安全策略

Java高并发（一）- 并发编程的几个基本概念
Java高并发（二） - Java 内存模型与线程
Java高并发（三） - CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore
Java高并发（四） - Java 原子类详解
Java高并发（五） - 线程安全策略
Java高并发（六） - 锁的优化及 JVM 对锁优化所做的努力

一、不可变对象

不可变对象满足的条件

1. 对象创建后其状态不能修改
2. 对象所有域都是 final 类型
3. 对象是正确创建的 （在对象创建期间，this 引用没有逸出）

final 关键字

可修饰 类（不能被继承），方法（不能被重写），变量（不能被改变）

常见的 final 类

1. Java.lang 包
   • 包装类：Boolean，Character，Short，Integer，Long，Float，Double，Byte，Void
   • 字符串类：String，StringBuilder，StringBuffer
   • 系统类：Class，System，RuntimePermission，Compiler
   • 数学类：Math，StrictMath
   • 其他：Character.UnicodeBlock，ProcessBuilder，StackTraceElement
2. java.util 包
   • UUID，Scanner，Optional
3. java.lang.reflect 包
   • Array，Constructor，Field，Parameter，ReflectPermission
4. Java.net 包
   • HttpCookie，Inet4Address，Inet6Address，URL，URI
5. java.time 包
   • Clock，ZoneId，Year，YearMonth，MonthDay

final 类的好处

1. final 关键字提高性能，JVM 和 Java 应用都会缓存 final 变量。
2. final 关键字可以在安丘安的多线程环境下共享，而不需要额外的同步开销。
3. 使用final 关键字，JVM 会对方法，变量及类进行优化。

二、线程不安全的类

非线程安全的类：StringBuilder，SimpleDateFormat，ArrayList，HashSet，HashMap

线程安全的类：StringBuffer，DateTimeFormatter，CopyOnWriteArrayList

三、并发容器 J.U.C

JDK 提供的这些容器大部分在 java.util.concurrent 包中。

• HashMap —> ConcurrentHashMap：这是一个高效并发 HashMap，可以理解为一个线程安全的 HashMap。

  彻头彻尾理解 ConcurrentHashMap

  • 通过锁分段技术保证并发环境下的写操作；
  • 通过 HashEntry的不变性、Volatile变量的内存可见性和加锁重读机制保证高效、安全的读操作；
  • 通过不加锁和加锁两种方案控制跨段操作的的安全性。

• TreeMap —> ConcurrentSkipListMap：跳表的实现，是一个 Map，使用跳表的数据结构解析快速查找。Java多线程（四）之ConcurrentSkipListMap深入分析

  跳表是一种用于快速查询的数据结构，类似于平衡树。它们都可以对元素进行快速查找，但有一个重要的区别就是：对平衡树的插入和删除往往可能导致平衡树进行全局调整，而跳表的插入和删除只需要对整个数据结构的局部进行操作即可。

  好处：在高并发情况下，你会需要一个全局锁来保证整个平衡树的线程安全，而对于跳表，只需要部分锁即可。在高并发下，就可以拥有更好的性能，而查询性能而言，跳表的时间复杂度也是 O(logn)，所以在并发数据结构中，JDK 使用跳表来实现一个 Map。

  跳表的另一个特点是随机算法，跳表的本质是维护了多个链表，并且链表是分层的。

  
  
  

  ConcurrentSkipListMap 数据结构

  最低层链表维护了跳表内所有元素，每上面一层链表都是下面一层的子集，一个元素插入哪些层是完全随机的。跳表内所有链表的元素都是排序的，查找时从顶层链表开始，一旦发现被查找元素大于当前链表中的取值，就会转入下一层链表继续查找。就是说查找过程是跳跃式的。

  如：查找元素 7

  查找从顶层头部索引开始，由于顶层元素最少，因此可以快速跳过那些小于 7 的。很快查找就能到 6，由于在第 2 层，8 大于 7，故肯定在 2 层无法找到 7，直接进入 底层开始查找，很快根据 6 元素搜索到 7。跳表是一种使用空间换时间的算法。

  
  
  

  ConcurrentSkipListMap 查找案例

• ArrayList —> CopyOnWriteArrayList：这是一个 List，在读多写少的场合，List 性能非常好，远远好于 Vector。读取完全不加锁，写入也不会阻塞读取操作，只有写和写之间需要同步等待。写入操作是复制一份副本进行操作，写完之后将副本替换掉原来的数据，这样保证写操作不影响读。

• HashSet、TreeSet —> CopyOnWriteArraySet、ConcurrentSkipListSet：CopyOnWriteArraySet 底层实现 CopyOnWriteArrayList 【深入Java集合学习系列：深入CopyOnWriteArraySet】，ConcurrentSkipListSet 底层实现是 ConcurrentSkipListMap【Java多线程系列--“JUC集合”06之 ConcurrentSkipListSet】。

• BlockingQueue：是一个接口，JDK 内部通过链表，数组等方式实现，表示阻塞队列，非常适合作为数据共享的通道。

• ConcurrentLinkedQueue：高效读写队列，线程安全没有任何锁操作，完全由 CAS 操作和队列算法保证。Java并发编程（七）ConcurrentLinkedQueue的实现原理和源码分析，Java 线程 — ConcurrentLinkedQueue

• Collections.synchronizedXXX(List, Set,Map)：Collections 类提供一些 static 方式实现List，Set 和 Map 的同步。

参考：

http://www.importnew.com/7553.html

https://blog.csdn.net/dgeek/article/details/53425192