【Java多线程】线程安全的集合类_java 线程安全的集合

目录

一、多线程环境使用 ArrayList

二、多线程环境使用队列

三、多线程环境使用哈希表

1. HashTable

2. ConcurrentHashMap 

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一、多线程环境使用 ArrayList

在我们之前使用的集合类中，大部分都是线程不安全的。

Vector，Stack，HashTable是线程安全的，之前单线程环境就几乎不使用，即使在多线程环境在也不建议使用。因为这些集合类只是在内部自带了 synchronized，但不能保证有锁就一定线程安全。

对于使用 ArrayList，有以下几种方案：

1. 自己手动加锁(synchronized)

2. 使用 Collections.synchronizedList(new ArrayList) 创建列表

• 对于这个列表的所有操作（例如添加、删除、修改元素等）都会在方法级别进行同步，从而保证多个线程同时访问时的安全性。

3. 使用 CopyOnWriteArrayList 

• 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，然后往新的容器里添加元素。并发读的时候，读取的是旧容器内的元素，这样就不会有读到中间值的情况发生(修改了部分数据)，也不需要加锁。
• 添加完元素之后，再将原容器的引用指向新的容器。因此，这样的做法是一种读写分离的思想，读和写使用不同的容器。
• 优点：读多写少的场景下，性能很高，不需要加锁。
• 缺点：占用内存较多，新写的数据不能第一时间被读取到。

二、多线程环境使用队列

使用前面案例讲过的标准库中的阻塞队列即可。

1. ArrayBlockingQueue：基于数组实现的有界阻塞队列，必须指定容量。
2. LinkedBlockingQueue：基于链表实现的可选有界或无界阻塞队列。如果不指定容量，则为无界队列。
3. PriorityBlockingQueue：支持优先级排序的无界阻塞队列。
4. DelayQueue：用于延迟元素的无界阻塞队列，其中每个元素都有一个过期时间，只有在过期时才能被取出。
5. SynchronousQueue：一个特殊的阻塞队列，每个插入操作必须等待一个相应的删除操作，反之亦然。
6. TransferQueue：最多只包含一个元素的阻塞队列。

三、多线程环境使用哈希表

平时经常使用的 HashMap，本身就是线程不安全的。

在多线程环境下可以使用：

• HashTable
• ConcurrentHashMap

1. HashTable

前面说过，HashTable是不推荐使用的。

HashTable 只是简单粗暴的把关键方法加上了 synchronized 关键字。

这相当于直接针对 HashTable 对象本身加锁。

• 如果多线程访问同一个 HashTable 就会直接造成锁冲突(访问任何数据都会有锁冲突).
• size 属性也是通过 synchronized 来控制同步，是比较慢的.
• 一旦触发扩容，就由该线程完成整个扩容过程。这个过程会涉及到大量元素拷贝，效率会非常低(相比put/get等操作慢很多，在业务场景下就会有明显卡顿)。

而标准库中提供了更好的代替，ConcurrentHashMap，对上述问题做出了改进和优化.

2. ConcurrentHashMap 

以Java1.8为例

1. 使用"锁桶"的方式，来代替"一把全局锁"，有效降低锁冲突的概率

• 我们知道，哈希表中的每个元素是一个哈希桶(链表)，只有当多个线程针对相同的哈希桶进行操作，才会涉及到锁冲突(用每个链表的头结点作为锁对象)，大大降低了锁冲突。

2. 充分利用CAS特性

• 比如 hash 表的 size 属性，即使插入的元素是不同链表上的元素，也会涉及到多线程修改同一个变量。ConcurrentHashMap 引入CAS，通过 CAS 的方式，来修改 size，避免了加锁操作。

3. 优化了扩容方式：化整为零

• ConcurrentHashMap 会在扩容的时候，多搞一份空间，一份是扩容之前的空间，一份是扩容之后的空间。
• 相比于普通的HashMap，ConcurrentHashMap 不是一次性直接扩容完成，而是接下来每次有线程对 hash 表操作的时候，都把一部分数据从 旧空间 搬运到 新空间。等搬完所有元素之后，才把老空间删掉，使用新空间的 hash 表。
• 在搬的过程中，插入=>只往新的 hash 表插入，删除=>新的旧的都删除，查找=>同时查找两个 hash 表。

ConcurrentHashMap 在Java1.7采用的是锁分段技术，简单来说就是把若干个哈希桶分成一个段(Segment)，针对每个分段进行加锁。目的也是为了降低锁竞争的概率，只有当多个线程访问的数据恰好在一个段上的时候，才触发锁竞争。Java1.8则进行的就是上述"锁桶"的优化。