【JavaEE初阶】 线程安全的集合类

前言

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.

为什么不建议使用呢？

因为我们在使用的时候，这些类就会自动的加锁，虽然编译器会自动优化为没有锁竞争的线程进行锁消除的优化，但是呢万一编译器没有优化好，就麻烦了

所以我们更多的是搭配一下其他方案达到线程安全，比如以下几种

多线程环境使用 ArrayList

自己使用同步机制 (synchronized 或者 ReentrantLock)

这里博主就不做过多赘述了，不懂得宝子可以去看一下博主对着方面的讲解

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

使用 CopyOnWriteArrayList

使用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

多线程环境使用队列

这个博主在讲【JavaEE初阶】 阻塞式队列详解中也有提到，所以这里只是简单列举

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

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

Hashtable

Hashtable在实现过程中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
  

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

• 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.

• 扩容期间, 新老数组同时存在.

• 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.

• 搬完最后一个元素再把老数组删掉.

• 这个期间, 插入只往新数组加.

• 这个期间, 查找需要同时查新数组和老数组
  
  想要详细了解的读者可以去ConcurrentHashMap源码分析（JDK8版本）进行查看

相关面试题

1. ConcurrentHashMap的读是否要加锁，为什么?

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.

2. 介绍下 ConcurrentHashMap的锁分段技术?

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.

3. ConcurrentHashMap在jdk1.8做了哪些优化？

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. 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

⭕总结

关于《【JavaEE初阶】 线程安全的集合类》就讲解到这儿，感谢大家的支持，欢迎各位留言交流以及批评指正，如果文章对您有帮助或者觉得作者写的还不错可以点一下关注，点赞，收藏支持一下！