Java并发库（十九）：同步集合类的使用BlockingQueue、
深切怀念传智播客张孝祥老师，特将其代表作——Java并发库视频研读两遍，受益颇丰，记以后阅
19.java5同步集合类的应用
传统集合实现同步的问题
举了一个例子：Map集合线程不同步导致的问题。
解决办法：使用同步的Map集合 使用集合工具类中的方法将不同步的集合转为同步的Collections.synchronizedMap(newMap())这个方法返回一个同步的集合
publicstatic <K, V> Map<K, V> synchronizedMap(Map<K, V> m)
{return newSynchronizedMap<K, V>(m);}
SynchronizedMap类相当于一个代理类，通过查看源代码发现：该类中的所有方法都是直接返回：原Map集合方法调用后的结果，只是将返回结果的代码放在了同步代码块中以实现同步，构造是将同步锁默认置为当前对象。
HashSet与HashMap的关系与区别：
HashSet是单列的，HashMap是双列的（键值对）
关系：HashSet内部使用的是HashMap中的键，不考虑值。
查看HashSet的源代码发现其内部就是用HashMap实现的，只是没有使用HashMap的V，只使用了它的K。
JDK1.5中提供了并发 Collection：提供了设计用于多线程上下文中的 Collection 实现：
ConcurrentHashMap、ConcurrentSkipListMap、ConcurrentSkipListSet、CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet。当期望许多线程访问一个给定 collection时，ConcurrentHashMap通常优于同步的 HashMap，ConcurrentSkipListMap通常优于同步的 TreeMap。当期望的读数和遍历远远大于列表的更新数时，CopyOnWriteArrayList优于同步的 ArrayList。
ConcurrentSkipListMap<K,V>映射可以根据键的自然顺序进行排序，也可以根据创建映射时所提供的Comparator 进行排序，具体取决于使用的构造方法。
ConcurrentSkipListSet<E>一个基于 ConcurrentSkipListMap 的可缩放并发 NavigableSet 实现。set 的元素可以根据它们的自然顺序进行排序，也可以根据创建 set 时所提供的Comparator 进行排序，具体取决于使用的构造方法
CopyOnWriteArrayList<E>ArrayList 的一个线程安全的变体，其中所有可变操作（add、set 等等）都是通过对底层数组进行一次新的复制来实现的。
这一般需要很大的开销，但是当遍历操作的数量大大超过可变操作的数量时，这种方法可能比其他替代方法更有效。在不能或不想进行同步遍历，但又需要从并发线程中排除冲突时，它也很有用。“
CopyOnWriteArraySet<E>对其所有操作使用内部 CopyOnWriteArrayList 的 Set。因此，它共享以下相同的基本属性：
它最适合于具有以下特征的应用程序：set 大小通常保持很小，只读操作远多于可变操作，需要在遍历期间防止线程间的冲突。它是线程安全的。 因为通常需要复制整个基础数组，所以可变操作（add、set 和 remove 等等）的开销很大。 迭代器不支持可变 remove 操作。 使用迭代器进行遍历的速度很快，并且不会与其他线程发生冲突。在构造迭代器时，迭代器依赖于不变的数组快照。
传统集合中存在的其它问题：对集合迭代时，不能对集合中的元素进行修改（添加、删除……），Java5中提供的并发集合就解决了这个问题。
传统集合在迭代的时候修改抛异常的问题。
public class User implements Cloneable{
private String name;
private int age;
public User(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
public boolean equals(Object obj) {
if(this == obj) {
return true;
}
if(!(obj instanceof User)) {
return false;
}
User user = (User)obj;
//if(this.name==user.name && this.age==user.age)
if(this.name.equals(user.name)
&& this.age==user.age) {
return true;
}
else {
return false;
}
}
public int hashCode() {
return name.hashCode() + age;
}
public String toString() {
return "{name:'" + name + "',age:" + age + "}";
}
public Object clone() {
Object object = null;
try {
object = super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {}
return object;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
public String getName() {
return name;
}
}
public class CollectionModifyExceptionTest {
public static void main(String[] args) {
Collection users = new CopyOnWriteArrayList();
<span style="white-space:pre"> </span>//<span style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif;">Collection users = new ArrayList();</span><span style="white-space:pre">
</span>
//new ArrayList();
users.add(new User("张三",28));
users.add(new User("李四",25));
users.add(new User("王五",31));
Iterator itrUsers = users.iterator();
while(itrUsers.hasNext()){
System.out.println("aaaa");
User user = (User)itrUsers.next();
if("李四".equals(user.getName())){
users.remove(user);
//itrUsers.remove();
} else {
System.out.println(user);
}
}
}
}
20. 空中网挑选实习生的面试题1
现有的程序代码模拟产生了16个日志对象，并且需要运行16秒才能打印完这些日志，请在程序中增加4个线程去调用parseLog()方法来分头打印这16个日志对象，程序只需要运行4秒即可打印完这些日志对象。原始代码如下：
public class Test1
{
publicstatic void main(String[] args)
{
SOP(begin:+sys.currentTimeMillis()/1000);
//模拟处理16行日志，下面的代码产生16个日志对象，需运行16秒才能打印完
//修改程序代码，开4个线程让这16个日志在4秒钟打完
for (iint i=0; i<16; i++) //这行代码不能改动
{
final String log = “”+(i+1); //这行代码不能改动
{
Test1.parseLog(log);
}
}
}
//parseLog方法内部代码不能改动
public staticvoid parseLog(String log)
{
SOP(log+”：”+(sys.currentTimeMillis()/1000));
try
{
Thread.sleep(1000);
}
catch(InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
}
}
刚看到题目还想着很简单；直接在Test.parseLog(log)的地方new4个线程，都执行打印任务即可，仔细一看不行，在这里new4个线程的话就是16*4个线程了，所以要将线程在for循环外边创建出来，for内部将产生的日志对象装在一个共享变量里，在线程内部从共享变量中取数据打印。要考虑线程同步互斥问题，这个共享变量要具备同步功能，可以使用ArrayBlockingQueue这种阻塞式队列来存储日志对象。也可以使用普通集合，但拿数据要考虑同步问题，可能会浪费时间。
在for循环外部创建线程，定义共享变量
finalBlockingQueue<String> queue = new ArrayBlockingQueue<String>(16);
for(int i=0; i<4; i++) 创建4个线程
{
new Thread(new Runnable()
{
public void run()
{
while (true)
{ 先从集合中取到日志对象，再打印
String log =queue.take(); 要处理异常
parseLog(log);
}
}
}).start();
}
在16次for循环内部将产生的日志对象装入共享变量中
queue.put(log); 要处理异常
这道题只要用到同步集合来共享数据就可以了 List集合的Vector也可以
public class Test {
public static void main(String[] args){
final BlockingQueue<String> queue = new ArrayBlockingQueue<String>(1);
for(int i=0;i<4;i++){
new Thread(new Runnable(){
@Override
public void run() {
while(true){
try {
String log = queue.take();
parseLog(log);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
}).start();
}
System.out.println("begin:"+(System.currentTimeMillis()/1000));
/*模拟处理16行日志，下面的代码产生了16个日志对象，当前代码需要运行16秒才能打印完这些日志。
修改程序代码，开四个线程让这16个对象在4秒钟打完。
*/
for(int i=0;i<16;i++){ //这行代码不能改动
final String log = ""+(i+1);//这行代码不能改动
{
try {
queue.put(log);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
//Test.parseLog(log);
}
}
}
//parseLog方法内部的代码不能改动
public static void parseLog(String log){
System.out.println(log+":"+(System.currentTimeMillis()/1000));
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
21. 空中网挑选实习生的面试题2
现成程序中的Test类中的代码在不断地产生数据，然后交给TestDo.doSome()方法去处理。就好像生产者不断地产生数据，消费者不断地消费数据。请将程序改造成有10个线程来消费生产者产生的数据，这些消费者都调用TestDo.doSome()方法去进行处理，故每个消费者都需要一秒才能处理完，程序应保证这些消费者线程依次有序地消费数据，只有上一个消费者消费完后，下一个消费者才能消费数据，下一个消费者是谁都可以，但要保证这些消费者线程拿到的数据是有序的。原始代码如下：
public class Test2
{
publicstatic void main(String[] args)
{
SOP(begin+sys.currentTimeMillis()/1000);
for (int i=0; i<10; i++) //这行不能改动
{
String input = i+””; //这行不能改动
String output =TeatDo.doSome(input);
SOP(ThreadName+output);
}
}
}
//不能改动此TestDo类
class TestDo
{
publicstatic String doSome(String input)
{
try
{
Thread.sleep(1000);
}
catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
String output = input + “:” + (Sys.currentTimeMillis());
return output;
}
}
看这题和上一题差不多，也是数据共享问题了，弄一个同步集合存起来。
用同样的方法一样解决 newArrayBlockingQueue()
张老师又讲了另一个同步队列：SynchronousQueue一种阻塞队列，其中每个插入操作必须等待另一个线程的对应移除操作，反之亦然。同步队列没有任何内部容量，甚至连一个队列的容量都没有。不能在同步队列上进行peek，因为仅在试图要移除元素时，该元素才存在；除非另一个线程试图移除某个元素，否则也不能（使用任何方法）插入元素；也不能迭代队列，因为其中没有元素可用于迭代。
SynchronousQueue是一个特殊队列，即便是空的也不能插入元素，也读不到元素，要往里边插入的时候如果没有读取操作，插入操作就会阻塞，等到有读取操作出现时，插入操作检测到了读取操作，才能把数据插入进去，而读取操作正好可以拿到刚刚插入进去的数据。就好比毒品买卖，我拿着毒品给谁呢，只有买毒品的人来了，才能立马给他，他也拿到了。与Exchanger类似，不过Exchanger是单对单的交换，SynchronousQueue可以多个抢数据，我拿着毒品等人来买，一下来了3个人买，谁抢到了就是谁的；或者我拿3包毒品，3个人同时每人一份。
这道题用synchronousQueue的话会一下子将10个数据全打印出来，因为10次循环一次放一个并没有人来取，所以没有放进去，后来一下10个线程来取数据，就一下放进去拿走了。我测试的时候没有这种情况，都是间隔一秒一秒的。测试后发现，将doSome处理后的结果存进去，就会有间隔，而直接存进去，取数据后再处理的话就是一下一片了。分析后知道：put时没有take,10个数据都在等待存入，如果存入的数据是doSome(input)的话，开始取数据时才开始执行doSome所以就会有间隔了。直接存数据，取出后在doSome就是一下拿到10个数据了。
要解决这个问题，可以使用厕所抢坑的方式解决，使用Semaphore来获取许可，每取一次数据释放一次即可。
final Semaphore x = new Semaphore(1); 一次一个
final SynchronousQueue queue = new SynchronousQueue();
每次取数据前都要先获取许可
x.acquire();
取完后释放许可
x.release();
这种方式与使用Lock方式一样
public class Test {
public static void main(String[] args) {
final Semaphore semaphore = new Semaphore(1);
final SynchronousQueue<String> queue = new SynchronousQueue<String>();
for(int i=0;i<10;i++){
new Thread(new Runnable(){
@Override
public void run() {
try {
semaphore.acquire();
String input = queue.take();
String output = TestDo.doSome(input);
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ ":" + output);
semaphore.release();
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
}
System.out.println("begin:"+(System.currentTimeMillis()/1000));
for(int i=0;i<10;i++){ //这行不能改动
String input = i+""; //这行不能改动
try {
queue.put(input);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
}
//不能改动此TestDo类
class TestDo {
public static String doSome(String input){
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
String output = input + ":"+ (System.currentTimeMillis() / 1000);
return output;
}
}
22. 空中网挑选实习生的面试题3
现有程序同时启动了4个线程去调用TestDo.doSome(key, value)方法，由于TestDo.doSome(key, value)方法内的代码是先暂停1秒，然后再输出以秒为单位的当前时间值，所以，会打印出4个相同的时间值，如下所示：
4：4：1258199615
1：1：1258199615
3：3：1258199615
1：2：1258199615
请修改代码，如果有几个线程调用TestDo.doSome(key,value)方法时，传递进去的key相等(equals比较为true)，则这几个线程应互斥排队输出结果，即当有两个线程的key都是“1”时，她们中的一个要比另外其他线程晚1秒输出结果，如下所示：
4：4：1258199615
1：1：1258199615
3：3：1258199615
1：2：1258199616
总之，当每个线程中指定的key相等时，这些相等key的线程应每隔一秒依次输出时间值（要用互斥），如果key不同，则并行执行（相互之间不互斥）。原始代码如下：
//不能改动此Test类
public class Test3 extends Thread
{
privateTestDo testDo;
privateString key;
privateString value;
publicTest3(String key, String key2, String value)
{
this.testDo = TestDo.getInstance();
/*常量“1”和“1”是同一个对象，下面这行代码就是要用“1”+“”的
方式产生新的对象，以实现内容没有改变，仍然相等（都还为“1”），
但对象却不再是同一个的效果
*/
this.key = key + key2;
this.value = value;
}
publicstatic void main(String[] args) throws InterruptedException
{
Test3 a = new Test3(“1”, “”, “1”);
Test3 b = new Test3(“1”, “”, “2”);
Test3 c = new Test3(“3”, “”, “3”);
Test3 d = new Test3(“4”, “”, “4”);
SOP(begin+:+sys.currentTimeMillis()/1000);
a.start();
b.start();
c.start();
d.start();
}
publicvoid run()
{
testDo.doSome(key, value);
}
}
class TestDo
{
privateTestDo(){}
privatestatic TestDo _instance = new TestDo();
public staticTestDo getInstance()
{
return _instance;
}
public voiddoSome(Object key, String value)
{
//此大括号内的代码是需要局部同步的代码，不能改动！
{
try
{
Thread.sleep(1000);
SOP(key+”:”+value+”:”+sys.currentTimeMillis()/1000);
}
catch (InterruptedExceptione)
{
e.printStackTrace();
}
}
}
}
看完这道题第一个想法是在标记位置加上同步代码块，但是锁不好弄了，因为每次都新建了一个key对象来接受实际key，没法获取到实际key对象。
想到了Lock对象，所以建一个Lock对象，判断key的值是否和指定值“1“相同，如果相同就锁上，不同不管，finally里在解锁前进行判断，避免没上锁还要解锁发生问题。
Lock lock = newReentrantLock();
publicvoid doSome(Object key, String value)
{
if(key.equals("1"))
lock.lock();
//System.out.println("OKOKOOK");
//synchronized("1")
try
//此大括号内的代码是需要局部同步的代码，不能改动！
{
try
{
Thread.sleep(1000);
System.out.println(key+":"+value+":"+System.currentTimeMillis()/1000);
}
catch(InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
}finally
{
if (key.equals("1"))
lock.unlock();
}
}
但上面的方式写死了，如果换2呢 还要改代码，现在要不管是什么只要相同都互斥，将这些加进来的key放到一个集合ArrayList中，每次传进来一个key，先把传进来的key作为锁对象，再判断这个对象有没有存在锁集合中，如果没有，就把它存进去，同时就用这个key做锁；如果已经存在了，就是说这个key已经做过锁对象了，就需要将以前做锁的那个对象拿出来，再让它来当锁，与传进来的key对象一样，这样就产生互斥效果了。
需要注意：拿原来的锁对象时要迭代锁集合，因为有多个线程在运行，所以迭代时有可能出现其他线程的key没有做过锁，需要将它加到锁集合中，可是这时候这个线程还在迭代过程中，迭代时不能操作集合中的数据，就会发生异常。要解决这个问题，就需要用到同步集合了。CopyOnWriteArrayList
使用ArrayList时就经常出异常，换CopyOnWriteArrayList后没有异常了
//将所有传过来的key都存起来
//privateList<Object> keys = new ArrayList<Object>();
private CopyOnWriteArrayList<Object>keys =newCopyOnWriteArrayList<Object>();
publicvoiddoSome(Object key, String value)
{
//以下代码就是为了找到同一个对象（而不是equals的对象）
//先用这个key当锁，用过一次就存到集合中
Objecto = key;
//判断这个锁用过没有
if (!keys.contains(o))
{
//如果这个key没有用过，就用它当锁，把它存到锁集合中
keys.add(o);
}
else //锁集合中已经有了这个key
{
//这个key已经当过锁了，就把它拿出来，还用它做锁，就和现在的key互斥了
//因为不知道原来key的位置，所有需要进行遍历
for(Iterator<Object> it =keys.iterator();it.hasNext();)
{
//当前遍历到的对象
Objectoo = it.next();
//如果找到了，就让它做锁
if(oo.equals(o))
{
o= oo;
break;//找到了，不用再循环了
}
}
//o= keys.get(keys.indexOf(o)); //key和o不是同一个对象，拿不到
}
synchronized(o)
//此大括号内的代码是需要局部同步的代码，不能改动！
{
try
{
Thread.sleep(1000);
System.out.println(key+":"+value+":"+System.currentTimeMillis()/1000);
}
catch(InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
}
}
a = “1”+””;
b = “1”+””;
a和b是同一个对象，常量相加equals为真 ==为假
Object o1 = new String("1");
Object o2 = new String("1");
System.out.println(o1==o2);//false
System.out.println(o1.equals(o2));//true
System.out.println(o1); //1
System.out.println(o2); //1
Object o3 = "1"+"";
Object o4 = "1"+"";
System.out.println(o3==o4);//true//编译器优化
System.out.println(o3.equals(o4));//true
Object o5 = "2"+"";
Object o6 = get("2","");
System.out.println(o5==o6);//false
System.out.println(o5.equals(o6));//true
System.out.println(o5+"__"+o6);//2__2
publicstatic Object get(String a,String b)
{
return a+b;
}
同一个对象、equals、并发集合在迭代中修改、添加
//不能改动此Test类
public class Test extends Thread{
private TestDo testDo;
private String key;
private String value;
public Test(String key,String key2,String value){
this.testDo = TestDo.getInstance();
/*常量"1"和"1"是同一个对象，下面这行代码就是要用"1"+""的方式产生新的对象，
以实现内容没有改变，仍然相等（都还为"1"），但对象却不再是同一个的效果*/
this.key = key+key2;
/* a = "1"+"";
b = "1"+""
*/
this.value = value;
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
Test a = new Test("1","","1");
Test b = new Test("1","","2");
Test c = new Test("3","","3");
Test d = new Test("4","","4");
System.out.println("begin:"+(System.currentTimeMillis()/1000));
a.start();
b.start();
c.start();
d.start();
}
public void run(){
testDo.doSome(key, value);
}
}
class TestDo {
private TestDo() {}
private static TestDo _instance = new TestDo();
public static TestDo getInstance() {
return _instance;
}
//private ArrayList keys = new ArrayList();
private CopyOnWriteArrayList keys = new CopyOnWriteArrayList();
public void doSome(Object key, String value) {
Object o = key;
if(!keys.contains(o)){
keys.add(o);
}else{
for(Iterator iter=keys.iterator();iter.hasNext();){
try {
Thread.sleep(20);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
Object oo = iter.next();
if(oo.equals(o)){
o = oo;
break;
}
}
}
synchronized(o)
// 以大括号内的是需要局部同步的代码，不能改动!
{
try {
Thread.sleep(1000);
System.out.println(key+":"+value + ":"
+ (System.currentTimeMillis() / 1000));
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}