10. 并发工具-线程安全集合类

并发工具-JUC线程安全集合类

  • 遗留的线程安全集合,如HashTable(map实现),Vector(list实现),出现在早期,方法都用synchronized修饰
  • 使用Collections装饰的线程安全集合,它们使用装饰器模式,将传入的集合作为内部属性,方法中使用synchronized保证线程安全,如
    • Collections.synchronizedList
    • Collections.synchronizedMap
  • JUC安全集合,以关键字分为三类
    • Blocking类,大部分实现基于锁(ReentrantLock),并提供阻塞的方法
    • CopyOnWrite类,采用拷贝的方式,修改开销较大
    • Concurrent
      • 内部很多操作使用CAS优化
      • 弱一致性
        • 遍历时弱一致性,例如,当利用迭代器遍历时,如果容器发生修改,迭代器仍然可以继续进行遍历,但是,内容是旧的
        • 大小的弱一致性,size操作未必是准确的
        • 读取弱一致性

在使用iterator遍历的同时,还使用addremove修改集合,会因为fail-fast机制让遍历失败,抛出ConcurrentModificationException

1. ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap是线程安全的。这里的线程安全,指的是它的每个操作是线程安全,多个操作的组合并不能保证原子性,也就不是线程安全的了,例如,get后,进行计算,再put,这个过程并不能保证线程安全。

对于多步操作,ConcurrentHashMap提供了原子性的方法,如

  • public V compute(K key, BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> remappingFunction)
  • public V computeIfAbsent(K key, Function<? super K, ? extends V> mappingFunction)
  • public V computeIfPresent(K key, BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> remappingFunction)

关于HashMap并发死链,

  • HashMap的结构是数组+链表
  • HashMap采用拉链法解决hash冲突
  • 在JDK 8之前,在解决冲突的链表上添加Entry,是放在链表头,而在JDK 8中是放在链表尾
  • 扩容,将数组容量扩大为原来的两倍,重新进行hash
  • 并发死链在JDK 8之前发生
  • JDK 8及以后的HashMap在并发环境下,不会发生并发死链,但是,在扩容时,容易发生数据丢失

ConcurrentHashMap的并发处理,

  • get方法没有加锁
  • 初始化采用CAS
  • 数组中添加元素使用的CAS
  • 只有在冲突时,对链表头加锁
  • 以上是JDK 8中的处理,而在JDK 7中,使用的是segment数组,处理时,对segment数组加锁

2. LinkedBlockingQueue

  • BlockingQueue的一个实现
  • 用了两把锁和dummy节点
  • 用一把锁时,同一时刻,最多只允许有一个线程执行(生产者和消费者二选一)
  • 用两把锁,可以允许两个线程同时执行
    • 消费者之间仍然是串行
    • 生产者之间仍然是串行

线程安全分析,

  • 当节点数大于2(包括dummy节点),putLock保证last节点的线程安全,takeLock保证head节点的线程安全,两把锁保证了入队和出队没有竞争
  • 当节点数等于2时,即,一个dummy节点,一个正常节点,仍然是两把锁锁两个对象,不会竞争
  • 当节点总数等于1时,即,只有dummy节点,这时,take线程会被notEmpty条件阻塞

ArrayBlockingQueue,它是数组的结构,只能使用一把锁,并发度不如LinkedBlockingQueue。

3. ConcurrentLinkedQueue

与LinkedBlockingQueue设计类似,

  • 两把锁和dummy节点
  • 这把锁采用了CAS
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