并发编程之同步容器类和并发容器类

一、fail-fast机制

快速报错机制(fail-fast)能够防止多个进程同时修改同一个容器的内容。如果在你迭代遍历某个容器的过程中,另一个进程接入其中,并且插入、删除或者修改此容器内的某个对象,就会出现问题:也许迭代过程已经处理过容器中的该元素了,也许还没处理,也许在调用size()之后尺寸缩小了等等。fail-fast机制会探查容器上的任何除了你的进程所进行的操作以外的所有变化,一旦它发现其他进程修改了容器,立刻抛出ConcurrentModificationException异常,即快速报错——不适用复杂的算法在时候进行检查。

二、同步容器

同步容器可以简单地理解为通过synchronized来实现同步的容器,如果有多个线程调用同步容器的方法,它们将会串行执行。

同步容器将它们的状态封装起来,并对每一个公有方法进行同步。主要包括:

Vector

Stack

HashTable

Collections.synchronized方法生成,例如:

Collectinons.synchronizedList()

Collections.synchronizedSet()

Collections.synchronizedMap()

Collections.synchronizedSortedSet()

Collections.synchronizedSortedMap()

其中Vector(同步的ArrayList)和Stack(继承自Vector,先进后出)、HashTable(继承自Dictionary,实现了Map接口)是比较老的容器,Thinking in Java中明确指出,这些容器现在仍然存在于JDK中是为了向以前老版本的程序兼容,在新的程序中不应该在使用。Collections的方法时将非同步的容器包裹生成对应的同步容器。

同步容器在单线程的环境下能够保证线程安全,但是通过synchronized同步方法将访问操作串行化,导致并发环境下效率低下。而且同步容器在多线程环境下的复合操作(迭代、条件运算如没有则添加等)是非线程安全,需要客户端代码来实现加锁。

代码示例:

public static Object getLast(Vector list) {

int lastIndex = list.size() - 1;

return list.get(lastIndex);

}

public static void deleteLast(Vector list) {

int lastIndex = list.size() - 1;

list.remove(lastIndex);

}

上面的代码取最后一个元素或者删除最后一个元素,使用了同步容器Vector。如果有两个线程A,B同时调用上面的两个方法,假设list的大小为10,这里计算得到的lastIndex为9,线程B首先执行了删除操作(多线程之间操作执行的不确定性导致),而后线程A调用了list.get方法,这时就会发生数组越界异常,导致问题的原因就是上面的复合操作不是原子操作,这里可以通过在方法内部额外的使用list对象锁来实现原子操作。

在多线程中使用同步容器,如果使用Iterator迭代容器或使用使用for-each遍历容器,在迭代过程中修改容器会抛出ConcurrentModificationException异常。想要避免出现ConcurrentModificationException,就必须在迭代过程持有容器的锁。但是若容器较大,则迭代的时间也会较长。那么需要访问该容器的其他线程将会长时间等待。从而会极大降低性能。

此外,隐式迭代的情况,如toString,hashCode,equalse,containsAll,removeAll,retainAll等方法都会隐式的Iterate,也可能抛出ConcurrentModificationException。

三、并发容器

由上面的分析我们知道,同步容器并不能保证多线程安全,而并发容器是针对多个线程并发访问而设计的,在jdk5.0引入了concurrent包,其中提供了很多并发容器,极大的提升同步容器类的性能。

ConcurrentHashMap

对应的非并发容器:HashMap

目标:代替Hashtable、synchronizedMap,支持复合操作

原理:JDK6中采用一种更加细粒度的加锁机制Segment“分段锁”,JDK8中采用CAS无锁算法

CopyOnWriteArrayList

对应的非并发容器:ArrayList

目标:代替Vector、synchronizedList

原理:利用高并发往往是读多写少的特性,对读操作不加锁,对写操作,先复制一份新的集合,在新的集合上面修改,然后将新集合赋值给旧的引用,并通过volatile 保证其可见性,当然写操作的锁是必不可少的了。

CopyOnWriteArraySet

对应的费并发容器:HashSet

目标:代替synchronizedSet

原理:基于CopyOnWriteArrayList实现,其唯一的不同是在add时调用的是CopyOnWriteArrayList的addIfAbsent方法,其遍历当前Object数组,如Object数组中已有了当前元素,则直接返回,如果没有则放入Object数组的尾部,并返回。

ConcurrentSkipListMap

对应的非并发容器:TreeMap

目标:代替synchronizedSortedMap(TreeMap)

原理:Skip list(跳表)是一种可以代替平衡树的数据结构,默认是按照Key值升序的。Skip list让已排序的数据分布在多层链表中,以0-1随机数决定一个数据的向上攀升与否,通过”空间来换取时间”的一个算法。ConcurrentSkipListMap提供了一种线程安全的并发访问的排序映射表。内部是SkipList(跳表)结构实现,在理论上能够在O(log(n))时间内完成查找、插入、删除操作。

ConcurrentSkipListSet

对应的非并发容器:TreeSet

目标:代替synchronizedSortedSet

原理:内部基于ConcurrentSkipListMap实现

ConcurrentLinkedQueue

不会阻塞的队列

对应的非并发容器:Queue

原理:基于链表实现的FIFO队列(LinkedList的并发版本)

LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue、PriorityBlockingQueue

对应的非并发容器:BlockingQueue

特点:拓展了Queue,增加了可阻塞的插入和获取等操作

原理:通过ReentrantLock实现线程安全,通过Condition实现阻塞和唤醒

实现类:

LinkedBlockingQueue:基于链表实现的可阻塞的FIFO队列

ArrayBlockingQueue:基于数组实现的可阻塞的FIFO队列

PriorityBlockingQueue:按优先级排序的队列

原文发布于微信公众号 - Linyb极客之路(gh_c420b2cf6b47)

原文发表时间:2018-02-04

本文参与腾讯云自媒体分享计划,欢迎正在阅读的你也加入,一起分享。

发表于

我来说两句

0 条评论
登录 后参与评论

相关文章

来自专栏Golang语言社区

GO语言标准库概览

在Go语言五周系列教程的最后一部分中,我们将带领大家一起来浏览一下Go语言丰富的标准库。 Go标准库包含了大量包,提供了丰富广泛的功能特性。这里提供了概览仅仅是...

2884
来自专栏编码前线

Redis命令:scan实现模糊查询

从Redis v2.8开始,SCAN命令已经可用,它允许使用游标从keyspace中检索键。 对比KEYS命令,虽然SCAN无法一次性返回所有匹配结果,但是却规...

4173
来自专栏Danny的专栏

探秘BOF 和EOF

版权声明:本文为博主原创文章,未经博主允许不得转载。 https://blog.csdn.net/huyuyang6688/article/...

1183
来自专栏Golang语言社区

GO语言标准库概览

在Go语言五周系列教程的最后一部分中,我们将带领大家一起来浏览一下Go语言丰富的标准库。 Go标准库包含了大量包,提供了丰富广泛的功能特性。这里提供了概览仅仅是...

38710
来自专栏DOTNET

.Net多线程编程—并发集合

并发集合 1 为什么使用并发集合? 原因主要有以下几点: System.Collections和System.Collections.Generic名称空间中所...

3487
来自专栏xingoo, 一个梦想做发明家的程序员

散列

选择键值,冲突的时候采取不同的策略 散列函数: 简单的散列函数: 1 int hash(const string & key,int tableSize) 2 ...

2199
来自专栏jojo的技术小屋

原 荐 自己写JSON编辑器

作者:汪娇娇 时间:2018年1月15日 下一篇:自己写代码对比工具 时间过得好快,一下子就2018年了,想起好久没写博客,不觉有些浪费了时光,今天便来补一篇。...

8967
来自专栏java一日一条

Java 容器相关知识全面总结

Java实用类库提供了一套相当完整的容器来帮助我们解决很多具体问题。因为我本身是一名Android开发者,包括我在内很多安卓开发,最拿手的就是ListView(...

1281
来自专栏瓜大三哥

文件地址映射之yaffs_GetTnode

yaffs文件系统在更新文件数据的时候,会分配一块新的chunk,也就是说,同样的文件偏移地址,在该地址上的数据更新前和更新后,其对应的flash上的存储地址是...

2016
来自专栏IT笔记

聊一聊生产环境中如何动态监听配置文件变化并重载

上一篇,我们谈到Java中的几种读取properties配置文件的方式,但是在生产环境中,最忌讳的就是重启应用了。比如某个系统的路径常量或者接口变更,需要线上及...

44611

扫码关注云+社区

领取腾讯云代金券