第十章 五种并发包总结

1、常用的五种并发包

• ConcurrentHashMap
• CopyOnWriteArrayList
• CopyOnWriteArraySet
• ArrayBlockingQueue
• LinkedBlockingQueue

2、ConcurrentHashMap

• 线程安全的HashMap的实现
• 数据结构：一个指定个数的Segment数组，数组中的每一个元素Segment相当于一个HashTable（一个HashEntry[]）
• 扩容的话，只需要扩自己的Segment而非整个table扩容
• key与value均不可以为null，而hashMap可以
• 向map添加元素
  • 根据key获取key.hashCode的hash值
  • 根据hash值算出将要插入的Segment
  • 根据hash值与Segment中的HashEntry的容量-1按位与获取将要插入的HashEntry的index
  • 若HashEntry[index]中的HashEntry链表有与插入元素相同的key和hash值，根据onlyIfAbsent决定是否替换旧值
  • 若没有相同的key和hash，直接返回将新节点插入链头，原来的头节点设为新节点的next（采用的方式与HashMap一致，都是HashEntry替换的方法）
• ConcurrentHashMap基于concurrencyLevel划分出多个Segment来存储key-value，这样的话put的时候只锁住当前的Segment，可以避免put的时候锁住整个map，从而减少了并发时的阻塞现象
• 从map中获取元素
  • 根据key获取key.hashCode的hash值
  • 根据hash值与找到相应的Segment
  • 根据hash值与Segment中的HashEntry的容量-1按位与获取HashEntry的index
  • 遍历整个HashEntry[index]链表，找出hash和key与给定参数相等的HashEntry，例如e
    • 如没找到e，返回null
    • 如找到e，获取e.value
      • 如果e.value!=null，直接返回
      • 如果e.value==null,则先加锁，等并发的put操作将value设置成功后，再返回value值
• 对于get操作而言，基本没有锁，只有当找到了e且e.value等于null,有可能是当下的这个HashEntry刚刚被创建，value属性还没有设置成功，这时候我们读到是该HashEntry的value的默认值null,所以这里加锁，等待put结束后，返回value值
• 加锁情况（分段锁）：
  • put
  • get中找到了hash与key都与指定参数相同的HashEntry，但是value==null的情况
  • remove
  • size()：三次尝试后，还未成功，遍历所有Segment，分别加锁（即建立全局锁）

3、CopyOnWriteArrayList

• 线程安全且在读操作时无锁的ArrayList
• 采用的模式就是"CopyOnWrite"（即写操作-->包括增加、删除，使用复制完成）
• 底层数据结构是一个Object[]，初始容量为0，之后每增加一个元素，容量+1，数组复制一遍
• 遍历的只是全局数组的一个副本，即使全局数组发生了增删改变化，副本也不会变化，所以不会发生并发异常。但是，可能在遍历的过程中读到一些刚刚被删除的对象
• 增删改上锁、读不上锁
• 读多写少且脏数据影响不大的并发情况下，选择CopyOnWriteArrayList

4、CopyOnWriteArraySet

• 基于CopyOnWriteArrayList，不添加重复元素

5、ArrayBlockingQueue

• 基于数组、先进先出、线程安全，可实现指定时间的阻塞读写，并且容量可以限制
• 组成：一个对象数组+1把锁ReentrantLock+2个条件Condition
• 三种入队对比
  • offer(E e)：如果队列没满，立即返回true； 如果队列满了，立即返回false-->不阻塞
  • put(E e)：如果队列满了，一直阻塞，直到数组不满了或者线程被中断-->阻塞
  • offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)：在队尾插入一个元素,，如果数组已满，则进入等待，直到出现以下三种情况：-->阻塞
    • 被唤醒
    • 等待时间超时
    • 当前线程被中断
• 三种出对对比
  • poll()：如果没有元素，直接返回null；如果有元素，出队
  • take()：如果队列空了，一直阻塞，直到数组不为空或者线程被中断-->阻塞
  • poll(long timeout, TimeUnit unit)：如果数组不空，出队；如果数组已空且已经超时，返回null；如果数组已空且时间未超时，则进入等待，直到出现以下三种情况：
    • 被唤醒
    • 等待时间超时
    • 当前线程被中断
• 需要注意的是，数组是一个必须指定长度的数组，在整个过程中，数组的长度不变，队头随着出入队操作一直循环后移
• 锁的形式有公平与非公平两种
• 在只有入队高并发或出队高并发的情况下，因为操作数组，且不需要扩容，性能很高

6、LinkedBlockingQueue

• 基于链表实现，读写各用一把锁，在高并发读写操作都多的情况下，性能优于ArrayBlockingQueue
• 组成一个链表+两把锁+两个条件
• 默认容量为整数最大值，可以看做没有容量限制
• 三种入队与三种出队与上边完全一样，只是由于LinkedBlockingQueue的的容量无限，在入队过程中，没有阻塞等待