并发编程：同步类容器与并发类容器

Posted 2020-09-06

1、同步类容器

同步类容器都是线程安全的，但在某些场景下可能需要加锁来保护复合操作。

复合操作，如：

  迭代（反复访问元素，遍历完容器中所有的元素）

  跳转（根据指定的顺序找到当前元素的下一个元素）

  条件运算

这些复合操作在多线程并发的修改容器时，可能会表现出意外的行为，最经典的就是ConcurrentModificationException，原因是当容器迭代的过程中，被并发的修改了内容，这是由于早期迭代器设计的时候并没有考虑并发修改的问题。

同步类容器：如古老的Vector、HashTble。这些容器的同步功能其实都是有JDK的Collections.synchronized**等工厂方法去创建实现的，其底层的机制无非就是用传统的synchronized关键字对每个公用的方法都进行同步，使得每次只能有一个线程访问容器的状态，这明显不能满足当前互联网时代高并发的需求，在保证线程安全的同时，也必须有足够好的性能。 --- 使用并发类容器

2、并发类容器

jdk5以后提供了多种并发类容器来替代同步类容器从而改善性能。同步类容器的状态都是串行化的，他们虽然实现了线程安全，但是严重降低了并发性，在多线程环境时，严重降低了应用程序的吞吐量。

并发类容器是专门针对并发设计的，使用ConcurrentHashMap来代替给予散列的传统的HashTable，而且在ConcurrentHashMap中，添加了一些常见复合操作的支持，以及使用了CopyOnWriteArrayList代替Vctor，并发的CopyOnWriteArraySet，以及并发的Queue，ConcurrentLinkedQueue和LinkedBlockingQueue，前者是高性能的队列，后者是以阻塞形式的队列，具体实现Queue还有很多，例如ArrayBlockingQueue、PrioityBlockingQueue、SynchronousQueue等。

2.1 ConcurrentMap

ConcurrentMap接口下有两个重要的实现：

  ConcurrentHashMap

  ConcurrentSkipListMap(支持并发排序功能，弥补ConcurrentHashMap)

ConcurrentHashMap内部使用段（Segment）来表示这些不同的部分，每一个段其实就是一个小的HashTable，它们有自己的锁。只要多个修改操作发生在不同的段上，它们就可以并发进行。把一个整体分成了16个段（Segment），也就是最高支持16个线程的并发修改操作。这也是在多线程场景时减小锁的粒度从而降低锁竞争的一种方案。并且代码中大多共享变量使用volatile关键字声明，目的是第一时间获取修改的内容。

2.2 Copy-On-Write容器

copy-on-write简称COW，是一种用于程序设计的优化策略。

JDK里的COW容器有两种：CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet

什么是CopyOnWrite容器？

 CopyOnWrite容器即写时复制的容器。通俗的理解是当我们往一个容器添加元素的时候，不直接往当前容器添加，而是先将当前容器进行Copy，复制出一个新的容器，然后新的容器里添加元素，添加完之后，再将原容器的引用指向新的容器。这样做的好处是我们可以对CopyOnWrite容器进行并发的读，而不需要加锁，因为当前容器不会添加任何元素。所以CopyOnWrite容器也是一种读写分离的思想，读和写不同的容器。

下面我们看一下CopyOnWriteArrayList的add源码：

public boolean add(E e) {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            Object[] elements = getArray();
            int len = elements.length;
            Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
            newElements[len] = e;
            setArray(newElements);
            return true;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

这里采用了重入锁，当一个线程执行add操作的时候，先要获取这把锁

本文出自 “我爱大金子” 博客，请务必保留此出处http://1754966750.blog.51cto.com/7455444/1910174