Java线程同步类容器和并发容器（四）
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- 时间：2020-03-16 12:16
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1 容器集简单介绍
java.util包下面的容器集主要有两种，一种是Collection接口下面的List和Set，一种是Map,
大致结构如下：
Collection
HashSet
TreeSet
LinkedSet
LinkedList
ArrayList
Vector
Stack
List
Set
Map
Hashtable
HashMap
WeakHashMap
2 同步容器
同步容器也叫线程安全容器，是通过syncrhoized关键字对线程不安全的操作进行加锁来保证线程安全的
其中同步容器主要包括:
1.Vector、Stack、HashTable
2.Collections 工具类中提供的同步集合类
Collections类是一个工具类，相当于Arrays类对于Array的支持，Collections类中提供了大量对集合或者容器进行排序、查找的方法。它还提供了几个静态方法来创建同步容器类：
3 并发容器
java.util.concurrent提供了多种线程安全容器，大多数是使用系统底层技术实现的线程安全，也叫并发容器，类似native。Java8中使用CAS。
4 案例讲解
这里主要介绍一些常见的同步容器和并发容器，通过案例输出结果对比进行介绍
我大致分为了三类Map/Set,List,Queue来进行讲解,但一个Map/Set，只介绍了Map,因为在java的设计中，Set就是Map，说白了就是只有Key没有Value的Map，好了，现在开始进入正题
4.1 Map/Set
代码中new了三个Map,HashTable，ConcurrentHashMap，ConcurrentSkipListMap比较每个map的运行效率，起100个线程向map中存放10000条随机数，并通过门闩CountDownLatch控制运行状态，输出运行时间
/**
* 并发容器 - ConcurrentMap
*/package com.bernardlowe.concurrent.t06;import java.util.HashMap;import java.util.Hashtable;import java.util.Map;import java.util.Random;import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;import java.util.concurrent.ConcurrentSkipListMap;import java.util.concurrent.CountDownLatch;public class Test_01_ConcurrentMap {
public static void main(String[] args) {
final Map<String, String> map = new Hashtable<>(); // final Map<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();
// final Map<String, String> map = new ConcurrentSkipListMap<>();
final Random r = new Random();
Thread[] array = new Thread[100];
final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(array.length);
long begin = System.currentTimeMillis(); for(int i = 0; i < array.length; i++){ array[i] = new Thread(new Runnable() {
@Override public void run() { for(int j = 0; j < 10000; j++){ map.put("key"+r.nextInt(100000000), "value"+r.nextInt(100000));
}
latch.countDown();
}
});
} for(Thread t : array){
t.start();
} try {
latch.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("执行时间为 ： " + (end-begin) + "毫秒！");
}
}Hashtable结果：
ConcurrentHashMap结果：
ConcurrentSkipListMap结果:
ConcurrentHashMap的底层是哈希实现的同步Map(Set)
ConcurrentSkipListMap内部是SkipList（跳表）结构实现的非阻塞读/写/删除 的 Map，它的value是有序存储的, 而且其内部是由纵横链表组成，在JDK1.8中，ConcurrentHashMap的性能和存储空间要优于ConcurrentSkipListMap
为了让测试数据结果对比更加直观，我这里故意将生成的随机数调的比较大。这里需要注意一下，在测试的时候，如果机器性能比较好，可能结果会出现误差，因为System.currentTimeMillis()，这个方法调用了个native方法，获取的时间精度会依赖于操作系统的实现机制，具体为什么，可以看看这篇文章http://blog.sina.com.cn/s/blog_6b8bd9d80101fe8t.html。但我按照文档的办法将System.currentTimeMillis()改为System.nanoTime()，发现并没有解决这个问题，可能是因为并没有达到纳秒级别吧。
4.2 List
下面代码与4.1的代码类似，也是new了三个List,ArrayList，Vector，CopyOnWriteArrayList，起100个线程向map中存放1000条随机数，并通过门闩CountDownLatch控制运行状态，输出运行时间和最后list的的长度。由于ArrayList是线程不安全，在多线程执行的时候，需要try{}catch{},否则会因为数组越界而报错，因为ArrayList底层是一个长度动态扩展的数组
/**
* 并发容器 - CopyOnWriteList
*/package com.bernardlowe.concurrent.t06;import java.util.ArrayList;import java.util.List;import java.util.Random;import java.util.Vector;import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;import java.util.concurrent.CountDownLatch;public class Test_02_CopyOnWriteList {
public static void main(String[] args) {
final List<String> list = new ArrayList<String>(); // 线程不安全// final List<String> list = new Vector<>(); // 线程安全// final List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>(); // 线程安全
final Random r = new Random();
Thread[] array = new Thread[100];
final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(array.length);
long begin = System.currentTimeMillis(); for(int i = 0; i < array.length; i++){ array[i] = new Thread(new Runnable() {
@Override public void run() { for(int j = 0; j < 1000; j++){ try { list.add("value" + r.nextInt(100000));
} catch (Exception e) {
}
}
latch.countDown();
}
});
} for(Thread t : array){
t.start();
} try {
latch.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("执行时间为 ： " + (end-begin) + "毫秒！");
System.out.println("List.size() : " + list.size());
}
}ArrayList结果：因为ArrayList是线程不安全的，所以在多线程环境中，可能会丢失数据
Vector结果：
CopyOnWriteArrayList结果：
CopyOnWriteArrayList是读写分离的，写时复制出一个新的数组，完成插入、修改或者移除操作后将新数组赋值给array，读取时直接读取最新的数组，所以在写操作时，效率非常低（虽然写比较慢，但它在删除数组头和尾还是很快的）
从上面三个结果可以看出,CopyOnWriteArrayList虽然保证了线程安全，但它的写操作效率太低了，但相比Vector，并发安全且性能比Vector好，Vector是增删改查方法都加了synchronized，保证同步，但是每个方法执行的时候都要去获得锁，性能就会大大下降，而CopyOnWriteArrayList 只是在增删改上加锁，但是读不加锁，在读方面的性能就好于Vector，CopyOnWriteArrayList支持读多写少的并发情况，所以CopyOnWriteArrayList是不会存在脏读问题的
4.3 Queue
这一节主要介绍一些并发队列的常用api
4.3.1 ConcurrentLinkedQueue
基础链表同步队列
peek() -> 查看queue中的首数据
poll() -> 获取queue中的首数据
/**
* 并发容器 - ConcurrentLinkedQueue
* 队列 - 链表实现的。
*/package com.bernardlowe.concurrent.t06;import java.util.Queue;import java.util.concurrent.ConcurrentLinkedQueue;public class Test_03_ConcurrentLinkedQueue {
public static void main(String[] args) {
Queue<String> queue = new ConcurrentLinkedQueue<>(); //向队列中增加10个数据
for(int i = 0; i < 10; i++){ queue.offer("value" + i);
}
System.out.println(queue);
System.out.println(queue.size()); // peek() -> 查看queue中的首数据，
System.out.println("首数据 " + queue.peek());
System.out.println("队列长度 "+ queue.size());
System.out.println("==================="); // poll() -> 获取queue中的首数据
System.out.println("首数据 " + queue.peek());
System.out.println("队列长度 "+ queue.size());
}
}结果：
4.3.2 阻塞队列LinkedBlockingQueue
阻塞队列，队列容量不足自动阻塞，队列容量为0自动阻塞。
put & take - 自动阻塞
put自动阻塞， 队列容量满后，自动阻塞
take自动阻塞方法， 队列容量为0后，自动阻塞
/**
* 并发容器 - LinkedBlockingQueue
* 阻塞容器。
*/package com.bernardlowe.concurrent.t06;import java.util.Random;import java.util.concurrent.BlockingQueue;import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;import java.util.concurrent.TimeUnit;public class Test_04_LinkedBlockingQueue {
final BlockingQueue<String> queue = new LinkedBlockingQueue<>(); final Random r = new Random();
public static void main(String[] args) { final Test_04_LinkedBlockingQueue t = new Test_04_LinkedBlockingQueue();
new Thread(new Runnable() { @Override
public void run() { while(true){ try {
t.queue.put("value"+t.r.nextInt(1000));
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}, "producer").start();
for(int i = 0; i < 3; i++){ new Thread(new Runnable() { @Override
public void run() { while(true){ try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
" - " + t.queue.take());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}, "consumer"+i).start();
}
}
}结果：
结果就是一个简单的生产者消费者
4.3.3 BlockingQueue
底层数组实现的有界队列，当容量不足的时候，有阻塞能力，根据调用API（add/put/offer）不同，有不同特性
这里主要介绍三个api方法add，put，offer
add方法在容量不足的时候，抛出异常。
put方法在容量不足的时候，阻塞等待。
offer方法
单参数offer方法，不阻塞。容量不足的时候，返回false。当前新增数据操作放弃。
三参数offer方法（offer(value,times,timeunit)），容量不足的时候，阻塞times时长（单位为timeunit），如果在阻塞时长内，有容量空闲，新增数据返回true。如果阻塞时长范围内，无容量空闲，放弃新增数据，返回false。
/**
* 并发容器 - ArrayBlockingQueue
* 有界容器。
*/package com.bernardlowe.concurrent.t06;import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;import java.util.concurrent.BlockingQueue;import java.util.concurrent.TimeUnit;public class Test_05_ArrayBlockingQueue {
final BlockingQueue<String> queue = new ArrayBlockingQueue<>(3);
public static void main(String[] args) {
final Test_05_ArrayBlockingQueue t = new Test_05_ArrayBlockingQueue();
for(int i = 0; i < 5; i++){ // 1.add method
System.out.println("add method : " + t.queue.add("value"+i)); // 2.put method// try {// t.queue.put("put"+i);// } catch (InterruptedException e) {// e.printStackTrace();// }// System.out.println("put method : " + i);
// 3.offer method// System.out.println("offer method : " + t.queue.offer("value"+i));// try {// System.out.println("offer method : " +// t.queue.offer("value"+i, 1, TimeUnit.SECONDS));// } catch (InterruptedException e) {// e.printStackTrace();// }
}
System.out.println(t.queue);
}
}add方法结果：容量不足的时候，抛出异常
put方法结果：容量不足的时候，阻塞等待
单/多参数offer方法结果：
单参数offer：容量不足，直接返回结果，不阻塞
多参数offer：容量不足，阻塞
4.3.4 延时队列DelayQueue
延时队列。根据比较机制，实现自定义处理顺序的队列。常用于定时任务。
如：定时关机。
具体示例代码如下
/**
* 并发容器 - DelayQueue
*/package com.bernardlowe.concurrent.t06;import java.util.concurrent.BlockingQueue;import java.util.concurrent.DelayQueue;import java.util.concurrent.Delayed;import java.util.concurrent.TimeUnit;public class Test_06_DelayQueue {
static BlockingQueue<MyTask_06> queue = new DelayQueue<>();
public static void main(String[] args) throws InterruptedException { long value = System.currentTimeMillis();
MyTask_06 task1 = new MyTask_06(value + 2000);
MyTask_06 task2 = new MyTask_06(value + 1000);
MyTask_06 task3 = new MyTask_06(value + 3000);
MyTask_06 task4 = new MyTask_06(value + 2500);
MyTask_06 task5 = new MyTask_06(value + 1500);
queue.put(task1); queue.put(task2); queue.put(task3); queue.put(task4); queue.put(task5);
System.out.println(queue);
System.out.println(value); for(int i = 0; i < 5; i++){
System.out.println(queue.take());
}
}
}class MyTask_06 implements Delayed {
private long compareValue;
public MyTask_06(long compareValue){ this.compareValue = compareValue;
} /**
* 比较大小。自动实现升序
* 建议和getDelay方法配合完成。
* 如果在DelayQueue是需要按时间完成的计划任务，必须配合getDelay方法完成。
*/
@Override public int compareTo(Delayed o) { return (int)(this.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS) - o.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS));
} /**
* 获取计划时长的方法。
* 根据参数TimeUnit来决定，如何返回结果值。
*/
@Override public long getDelay(TimeUnit unit) { return unit.convert(compareValue - System.currentTimeMillis(), TimeUnit.MILLISECONDS);
}
@Override public String toString(){ return "Task compare value is : " + this.compareValue;
}
}结果：
4.3.5 转移队列LinkedTransferQueue
这里主要是两个方法的区别，add和transfer
add - 队列会保存数据，不做阻塞等待。
transfer - 是TransferQueue的特有方法。必须有消费者（take()方法的调用者）。
/**
* 并发容器 - LinkedTransferQueue
* 转移队列
*/package com.bernardlowe.concurrent.t06;import java.util.concurrent.LinkedTransferQueue;import java.util.concurrent.TimeUnit;import java.util.concurrent.TransferQueue;public class Test_07_TransferQueue {
TransferQueue<String> queue = new LinkedTransferQueue<>();
public static void main(String[] args) { final Test_07_TransferQueue t = new Test_07_TransferQueue();
/*new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " thread begin " );
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " - " + t.queue.take());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}, "output thread").start();
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
try {
t.queue.transfer("test string");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}*/
new Thread(new Runnable() { @Override
public void run() { try {
t.queue.transfer("test string"); // t.queue.add("test string");
System.out.println("add ok");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} new Thread(new Runnable() { @Override
public void run() { try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " thread begin " );
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " - " + t.queue.take());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}, "output thread").start();
}
}这里的transfer()和take()都是阻塞方法，take先请求接收数据或者transfer先发送数据，都会进行阻塞等待。
举个例子，transfer()就相当与手机打电话，当A给B打电话，B必须接收到电话信号接听才能进行通话，否则A会一直等待
add()就相当于A给B发短信，短信已经存到了运营商那边，等待B接收，不管发短信时B是否在线
4.3.6 SynchronousQueue
该队列一个容量为0的队列，是一个特殊的TransferQueue，它和TransferQueue很像，但这个队列必须要有消费线程才行
又两个方法add,put
add方法，无阻塞。若没有消费线程阻塞等待数据，则抛出异常。
put方法，有阻塞。若没有消费线程阻塞等待数据，则阻塞。
/**
* 并发容器 - SynchronousQueue
*/package com.bernardlowe.concurrent.t06;import java.util.concurrent.BlockingQueue;import java.util.concurrent.SynchronousQueue;import java.util.concurrent.TimeUnit;public class Test_08_SynchronusQueue {
BlockingQueue<String> queue = new SynchronousQueue<>();
public static void main(String[] args) {
final Test_08_SynchronusQueue t = new Test_08_SynchronusQueue();
new Thread(new Runnable() {
@Override public void run() { try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " thread begin " ); try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " - " + t.queue.take());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}, "output thread").start();
/*try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}*/
// t.queue.add("test add");
try {
t.queue.put("test put");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " queue size : " + t.queue.size());
}
}将t.queue.add("test add");的注释打开，t.queue.put("test put");加上注释
add方法异常结果： 因为它是一个容量为0的队列
https://www.cnblogs.com/LionElegy/p/11223917.html#同步容器