JavaEE(系列17) -- 线程安全的集合类

目录

1. 多线程环境使用ArrayList

1.1 使用同步机制 (synchronized 或者 ReentrantLock)

1.2 Collections.synchronizedList(new ArrayList);

1.3 使用 CopyOnWriteArrayList 

2. 多线程环境使用队列

3. 多线程环境使用哈希表

3.1 Hashtable 

3.2 ConcurrentHashMap

4. 相关面试题 

4.1  ConcurrentHashMap的读是否要加锁,为什么?

4.2 介绍下 ConcurrentHashMap的锁分段技术?

4.3  ConcurrentHashMap在jdk1.8做了哪些优化？

4.4 Hashtable和HashMap、ConcurrentHashMap 之间的区别?

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原来的集合类, 大部分都不是线程安全的.

Vector, Stack, HashTable, 是线程安全的(不建议用), 其他的集合类不是线程安全的.

1. 多线程环境使用ArrayList

1.1 使用同步机制 (synchronized 或者 ReentrantLock)

1.2 Collections.synchronizedList(new ArrayList);

synchronizedList 是标准库提供的一个基于 synchronized 进行线程同步的 List.
synchronizedList 的关键操作上都带有 synchronized

1.3  使用 CopyOnWriteArrayList 

 CopyOnWrite容器即写时复制的容器

• 当我们往一个容器添加元素的时候，不直接往当前容器添加，而是先将当前容器进行Copy，复制出一个新的容器，然后新的容器里添加元素
• 添加完元素之后，再将原容器的引用指向新的容器.

这样做的好处是我们可以对CopyOnWrite容器进行并发的读，而不需要加锁，因为当前容器不会添加任何元素。
所以CopyOnWrite容器也是一种读写分离的思想，读和写不同的容器。 

 

优点:
在读多写少的场景下, 性能很高, 不需要加锁竞争.

缺点:
1. 占用内存较多.
2. 新写的数据不能被第一时间读取到.

2. 多线程环境使用队列

• 1) ArrayBlockingQueue:基于数组实现的阻塞队列
• 2) LinkedBlockingQueue:基于链表实现的阻塞队列
• 3) PriorityBlockingQueue:基于堆实现的带优先级的阻塞队列
• 4) TransferQueue:最多只包含一个元素的阻塞队列

3. 多线程环境使用哈希表

HashMap 本身不是线程安全的.
在多线程环境下使用哈希表可以使用:

• Hashtable
• ConcurrentHashMap

3.1 Hashtable 

只是简单的把关键方法加上了 synchronized 关键字.

        这相当于直接针对 Hashtable 对象本身加锁.

        如果多线程访问同一个 Hashtable 就会直接造成锁冲突.size 属性也是通过 synchronized 来控制同步, 也是比较慢的.一旦触发扩容, 就由该线程完成整个扩容过程. 这个过程会涉及到大量的元素拷贝, 效率会非常低.

 当线程修改不同下标的链表的时候,本来是线程安全的,但是也要进行等待锁,这样就不太合理.

3.2 ConcurrentHashMap

相比于 Hashtable 做出了一系列的改进和优化. 以 Java1.8 为例

• 读操作没有加锁(但是使用了 volatile 保证从内存读取结果), 只对写操作进行加锁. 加锁的方式仍然是是用 synchronized, 但是不是锁整个对象, 而是 "锁桶" (用每个链表的头结点作为锁对象), 大大降低了锁冲突的概率.
• 充分利用 CAS 特性. 比如 size 属性通过 CAS 来更新. 避免出现重量级锁的情况.
• 优化了扩容方式: 化整为零(分很多次进行将原来的元素进行搬家)

1.         发现需要扩容的线程, 只需要创建一个新的数组, 同时只搬几个元素过去.
2.         扩容期间, 新老数组同时存在.
3.         后续每个来操作 ConcurrentHashMap 的线程, 都会参与搬家的过程. 每个操作负责搬运一小部分元素.
4.         搬完最后一个元素再把老数组删掉.
5.         这个期间, 插入只往新数组加.
6.         这个期间, 查找需要同时查新数组和老数组 

 

 

4. 相关面试题 

4.1  ConcurrentHashMap的读是否要加锁，为什么?

回答:读操作没有加锁. 目的是为了进一步降低锁冲突的概率. 为了保证读到刚修改的数据, 搭配了volatile 关键字

4.2 介绍下 ConcurrentHashMap的锁分段技术?

回答:这个是 Java1.7 中采取的技术. Java1.8 中已经不再使用了. 简单的说就是把若干个哈希桶分成一个"段" (Segment), 针对每个段分别加锁.目的也是为了降低锁竞争的概率. 当两个线程访问的数据恰好在同一个段上的时候, 才触发锁竞争. 

4.3  ConcurrentHashMap在jdk1.8做了哪些优化？

回答:取消了分段锁, 直接给每个哈希桶(每个链表)分配了一个锁(就是以每个链表的头结点对象作为锁对象).将原来 数组 + 链表 的实现方式改进成 数组 + 链表 / 红黑树 的方式. 当链表较长的时候(大于等于8 个元素)就转换成红黑树.

4.4 Hashtable和HashMap、ConcurrentHashMap 之间的区别?

• HashMap: 线程不安全. key 允许为 null
• Hashtable: 线程安全. 使用 synchronized 锁 Hashtable 对象, 效率较低. key 不允许为 null.
• ConcurrentHashMap: 线程安全. 使用 synchronized 锁每个链表头结点, 锁冲突概率低, 充分利用CAS 机制. 优化了扩容方式. key 不允许为 null