高并发编程：并发容器

一、概述

常见的容器如下图，我们会挑选高并发中常用的容器进行介绍。

二、ConcurrentHashMap

个ConcurrentHashMap提高效率主要提高在读上面，由于它往里插的时候内部又做了各种各样的判断，本来是链表的，到8之后又变成了红黑树，然后里面又做了各种各样的cas的判断，所以他往里插的数据是要更低一些的。HashMap和Hashtable虽然说读的效率会稍微低一些，但是它往里插的时候检查的东西特别的少，就加个锁然后往里一插。所以，关于效率，还是看你实际当中的需求。用几个简单的小程序来给大家列举了这几个不同的区别。

public class T04_TestConcurrentHashMap {

    static Map m = new ConcurrentHashMap<>();

    static int count = Constants.COUNT;
    static UUID[] keys = new UUID[count];
    static UUID[] values = new UUID[count];
    static final int THREAD_COUNT = Constants.THREAD_COUNT;

    static {
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            keys[i] = UUID.randomUUID();
            values[i] = UUID.randomUUID();
        }
    }

    static class MyThread extends Thread {
        int start;
        int gap = count/THREAD_COUNT;

        public MyThread(int start) {
            this.start = start;
        }

        @Override
        public void run() {
            for(int i=start; i{
                for (int j = 0; j < 10000000; j++) {
                    m.get(keys[10]);
                }
            });
        }

        for(Thread t : threads) {
            t.start();
        }

        for(Thread t : threads) {
            try {
                t.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(end - start);
    }
}

三、BlockingQueue

BlockingQueue，是我们后面讲线程池需要用到的这方面的内容，是给线程池来做准备的。BlockingQueue的概念重点是在Blocking上，Blocking阻塞，Queue队列，是阻塞队列。他提供了一系列的方法，我们可以在这些方法的基础之上做到让线程实现自动的阻塞。

我们现在聊的就是这个Queue里面所提供的一些可以给多线程比较友好的接口。他提供了一些什么接口呢，第一个就是offer对应的是原来的那个add，提供了poll取数据，然后提供了peek拿出来这个数据。那么这个是什么意思呢，我们读一下这个offer的概念，offer是往里头添加，加进去没加进去它会给你一个布尔类型的返回值，和原来的add是什么区别呢，add如果加不进去了是会抛异常的。所以一般的情况下我们用的最多的Queue里面都用offer，它会给你一个返回值，peek的概念是去取并不是让你remove掉，poll是取并且remove掉，而且这几个对于BlockingQueue来说也确实是线程安全的一个操作。对于Queue经常用的接口就这么几个，大家了解就可以。

public class T04_ConcurrentQueue {
   public static void main(String[] args) {
      Queue strs = new ConcurrentLinkedQueue<>();
      
      for(int i=0; i<10; i++) {
         strs.offer("a" + i);  //add
      }
      
      System.out.println(strs);
      
      System.out.println(strs.size());
      
      System.out.println(strs.poll());
      System.out.println(strs.size());
      
      System.out.println(strs.peek());
      System.out.println(strs.size());
      
      //双端队列Deque
   }
}

四、BlockingQueue

LinkedBlockingQueue，体现Concurrent的这个点在哪里呢，我们来看这个LinkedBlockingQueue，用链表实现的BlockingQueue，是一个无界队列。就是它可以一直装到你内存满了为止，一直添加。

来看一下这个小程序，这么一些线程，第一个线程是我往里头加内容，加put。BlockingQueue在Queue的基础上又添加了两个方法，这两个方法一个叫put，一个叫take。这两个方法是真真正正的实现了阻塞。put往里装如果满了的话我这个线程会阻塞住，take往外取如果空了的话线程会阻塞住。所以这个BlockingQueue就实现了生产者消费者里面的那个容器。这个小程序是往里面装了100个字符串，a开头i结尾，每装一个的时候睡1秒钟。然后，后面又启动了5个线程不断的从里面take，空了我就等着，什么时候新加了我就马上给它取出来。这是BlockingQueue和Queue的一个基本的概念。

public class T05_LinkedBlockingQueue {

   static BlockingQueue strs = new LinkedBlockingQueue<>();

   static Random r = new Random();

   public static void main(String[] args) {
      new Thread(() -> {
         for (int i = 0; i < 100; i++) {
            try {
               strs.put("a" + i); //如果满了，就会等待
               TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(r.nextInt(1000));
            } catch (InterruptedException e) {
               e.printStackTrace();
            }
         }
      }, "p1").start();

      for (int i = 0; i < 5; i++) {
         new Thread(() -> {
            for (;;) {
               try {
                  System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " take -" + strs.take()); //如果空了，就会等待
               } catch (InterruptedException e) {
                  e.printStackTrace();
               }
            }
         }, "c" + i).start();

      }
   }
}

五、ArrayBlockingQueue

ArrayBlockingQueue是有界的，你可以指定它一个固定的值10，它容器就是10，那么当你往里面扔容器的时候，一旦他满了这个put方法就会阻塞住。然后你可以看看用add方法满了之后他会报异常。offer用返回值来判断到底加没加成功，offer还有另外一个写法你可以指定一个时间尝试着往里面加1秒钟，1秒钟之后如果加不进去它就返回了。

回到那个面试经常被问到的问题，Queue和List的区别到底在哪里，主要就在这里，添加了offer、peek、poll、put、take这些个对线程友好的或者阻塞，或者等待方法。

public class T06_ArrayBlockingQueue {

   static BlockingQueue strs = new ArrayBlockingQueue<>(10);

   static Random r = new Random();

   public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
      for (int i = 0; i < 10; i++) {
         strs.put("a" + i);
      }
      
      //strs.put("aaa"); //满了就会等待，程序阻塞
      //strs.add("aaa");
      //strs.offer("aaa");
      strs.offer("aaa", 1, TimeUnit.SECONDS);
      
      System.out.println(strs);
   }
}

六、DelayQueue

DelayQueue可以实现在时间上的排序，这个DelayQueue能实现按照在里面等待的时间来进行排序。这里我们new了一个DelayQueue，他是BlockingQueue的一种也是用于阻塞的队列，这个阻塞队列装任务的时候要求你必须实现Delayed接口，Delayed往后拖延推迟，Delayed需要做一个比较compareTo，最后这个队列的实现，这个时间等待越短的就会有优先的得到运行，所以你需要做一个比较 ，这里面他就有一个排序了，这个排序是按时间来排的，所以去做好，哪个时间返回什么样的值，不同的内容比较的时候可以按照时间来排序。总而言之，你要实现Comparable接口重写 compareTo方法来确定你这个任务之间是怎么排序的。getDelay去拿到你Delay多长时间了。往里头装任务的时候首先拿到当前时间，在当前时间的基础之上指定在多长时间之后这个任务要运行，添加顺序参看代码，但是当我们去拿的时候，一般的队列是先加那个先往外拿那个，先进先出。这个队列是不一样的，按时间进行排序（按紧迫程度进行排序）。DelayQueue就是按照时间进行任务调度。

public class T07_DelayQueue {

   static BlockingQueue tasks = new DelayQueue<>();

   static Random r = new Random();
   
   static class MyTask implements Delayed {
      String name;
      long runningTime;
      
      MyTask(String name, long rt) {
         this.name = name;
         this.runningTime = rt;
      }

      @Override
      public int compareTo(Delayed o) {
         if(this.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS) < o.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS))
            return -1;
         else if(this.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS) > o.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS)) 
            return 1;
         else 
            return 0;
      }

      @Override
      public long getDelay(TimeUnit unit) {
         
         return unit.convert(runningTime - System.currentTimeMillis(), TimeUnit.MILLISECONDS);
      }
      
      
      @Override
      public String toString() {
         return name + " " + runningTime;
      }
   }

   public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
      long now = System.currentTimeMillis();
      MyTask t1 = new MyTask("t1", now + 1000);
      MyTask t2 = new MyTask("t2", now + 2000);
      MyTask t3 = new MyTask("t3", now + 1500);
      MyTask t4 = new MyTask("t4", now + 2500);
      MyTask t5 = new MyTask("t5", now + 500);
      
      tasks.put(t1);
      tasks.put(t2);
      tasks.put(t3);
      tasks.put(t4);
      tasks.put(t5);
      
      System.out.println(tasks);
      
      for(int i=0; i<5; i++) {
         System.out.println(tasks.take());
      }
   }
}

DelayQueue本质上用的是一个PriorityQueue，PriorityQueue是从AbstractQueue继承的。PriorityQueue特点是它内部你往里装的时候并不是按顺序往里装的，而是内部进行了一个排序。按照优先级，最小的优先。它内部实现的结构是一个二叉树，这个二叉树可以认为是堆排序里面的那个最小堆值排在最上面。

public class T07_01_PriorityQueque {
    public static void main(String[] args) {
        PriorityQueue q = new PriorityQueue<>();

        q.add("c");
        q.add("e");
        q.add("a");
        q.add("d");
        q.add("z");

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(q.poll());
        }

    }
}

七、SynchronousQueue

SynchronousQueue容量为0，就是这个东西它不是用来装内容的，SynchronousQueue是专门用来两个线程之间传内容的，给线程下达任务的，之前讲过一个容器叫Exchanger，本质上这个容器的概念是一样的。看下面代码，有一个线程起来等着take，里面没有值一定是take不到的，然后就等着。然后当put的时候能取出来，take到了之后能打印出来，最后打印这个容器的size一定是0，打印出aaa来这个没问题。那当把线程注释掉，在运行一下程序就会在这阻塞，永远等着。如果add方法直接就报错，原因是满了，这个容器为0，你不可以往里面扔东西。这个Queue和其他的很重要的区别就是你不能往里头装东西，只能用来阻塞式的put调用，要求是前面得有人等着拿这个东西的时候你才可以往里装，但容量为0，其实说白了就是我要递到另外一个的手里才可以。这个SynchronousQueue看似没有用，其实不然，SynchronousQueue在线程池里用处特别大，很多的线程取任务，互相之间进行任务的一个调度的时候用的都是它。

public class T08_SynchronusQueue { //容量为0
   public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
      BlockingQueue strs = new SynchronousQueue<>();
      
      new Thread(()->{
         try {
            System.out.println(strs.take());
         } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
         }
      }).start();

      strs.put("aaa"); //阻塞等待消费者消费
      //strs.put("bbb");
      //strs.add("aaa");
      System.out.println(strs.size());
   }
}

八、TransferQueue

TransferQueue传递，实际上是前面这各种各样Queue的一个组合，它可以给线程来传递任务，以此同时不像是SynchronousQueue只能传递一个，TransferQueue做成列表可以传好多个。比较牛X的是它添加了一个方法叫transfer，如果我们用put就相当于一个线程来了往里一装它就走了。transfer就是装完在这等着，阻塞等有人把它取走我这个线程才回去干我自己的事情。一般使用场景：是我做了一件事情，我这个事情要求有一个结果，有了这个结果之后我可以继续进行我下面的这个事情的时候，比方说我付了钱，这个订单我付账完成了，但是我一直要等这个付账的结果完成才可以给客户反馈。

public class T09_TransferQueue {
   public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
      LinkedTransferQueue strs = new LinkedTransferQueue<>();
      
      new Thread(() -> {
         try {
            System.out.println(strs.take());
         } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
         }
      }).start();
      
      strs.transfer("aaa");
      
      //strs.put("aaa");

      /*new Thread(() -> {
         try {
            System.out.println(strs.take());
         } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
         }
      }).start();*/
   }
}