Java并发编程艺术 6 Java并发容器和框架

第六章 Java并发容器和框架

ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap是线程安全的HashMap，保证线程安全的同时保证高效。是HashMap和HashTable的进化版。

HashMap和HashTable的区别

HashMap和HashTable几乎是等价的，但还是存在一定的区别。

【1】HashMap不是线程安全的，HashTable是线程安全的。这也是最大的一个区别。

【2】HashMap可以支持null为键值对，HashTable不行。

【3】HashMap的迭代器是fail-fast迭代器，HashTable的迭代器不是fail-fast。 当有其它线程改变了HashMap的结构（增加或者移除元素），将会抛出ConcurrentModificationException，但迭代器本身的remove()方法移除元素则不会抛出ConcurrentModificationException异常。

【4】因为HashTable是线程安全的，在单线程中HashMap的效率更好。

使用线程安全HashMap的方式，建议使用第二种。

1.Map m = Collections.synchronizeMap(hashMap);

2.使用ConcurrentHashMap

线程不安全的HashMap。

在多个线程（几十几百个）同时对HashMap进行put操作时，会引起HashMap的死循环。原因是多线程会导致HashMap的Entry链表形成环形数据结构。一旦形成环形数据额结构，Entry的next节点永远不为空，死循环获取next节点。

效率低下的HashTable

HashTable使用synchronized来保证线程安全，但在线程竞争激烈的情况下会导致效率极低。当每一个线程使用put时，其他线程的get、put等所有操作都会被阻塞。

ConcurrentHashMap的锁分段技术提高并发效率。

HashTable效率低是因为所有线程都竞争同一把锁。ConcurrentHashMap使用了锁分段技术，先将数据分成一段一段保存，每一段数据配一个锁。当一个线程访问一段数据时，其他的段的数据仍然能被访问。

ConcurrentHashMap由Segment数组和HashEntry数组组成。Segment是一个可重入的锁。

Segment保存在HashEntry的链表结构，对一个HashEntry操作时需要先获取对应的Segment锁。这就实现了分段锁。

使用线程安全的队列方式

1.使用阻塞算法的阻塞队列，通过入队和出队加锁的形式实现阻塞队列。

2.通过使用循环CAS的方式来实现

ConcurrentLinkedQueue：非阻塞的线程安全队列

ConcurrentLinkedQueue由head节点和tail节点组成，每个节点指向下一个节点。节点之间使用next进行关联，组成一张链表队列。

默认下head节点存储元素为空，tail等于head。

入队列：

出队列：

Java中的阻塞队列

Java中提供四种处理方式，七种阻塞队列的具体实现。

四种处理方式：抛出异常、返回特殊值、一直阻塞、超时退出。

【1】抛出异常：add（e）、remove（）、element（）三个方法分别是插入、移除、检测操作。如果队列已满，使用add会抛出异常illagelStateException。如果队列为空，使用remove操作会抛出NoSuchElementException。

【2】返回特殊值：offer（e）、poll（）、peek（）三个方法。插入成功返回true，移除方法是从队列取出一个元素，没有返回null

【3】一直阻塞：put（）、take（）两个方法。如果队列满，使用put方法，则线程阻塞，直到有其他线程取出了元素，使队列继续可用。take也是类似，如果队列为空，使用take则阻塞，直到队列有值。

阻塞式是比较常用的方式，一般是几个线程进行入队操作，几个线程出对操作，这样就可以实现不同线程之间的数据传递。

【4】超时方式offer（e，time，unit）、poll（time，unit）

注意：尽量不要使用无界队列（没有设置大小的队列，默认大小Integer.MAX-VALUE），这回导致put（）方法不阻塞，

七种阻塞队列：前四种比较常用

AraayBlockingQueue：数组结构组成的有界阻塞队列

LinkedBlockingQueue：链表结构的有界阻塞队列

PriorityBlockingQueue：支持优先级的无界阻塞队列，小心导致低优先级任务饥饿

DelayQueue：使用优先级队列实现的无界阻塞队列

SynchronousQueue：不存储元素的阻塞队列

LinkedTransferQueue：链表结构的无界阻塞队列

LinkedBlockingQueue：链表结构的双向阻塞队列

【1】AraayBlockingQueue：

数组结构组成的有界阻塞队列，使用了先进先出（FIFO）的原则。默认下不支持线程公平访问队列（非公平性：阻塞线程争夺线程访问资格，可能后阻塞的线程先访问，极端情况下导致某个线程永远阻塞。非公平性导致饥饿）。

ArrayBlockingQueue fairQueue = new ArrayBlockingQueue(1000,true)。设为true。线程公平。

【2】LinkedBlockingQueue

链表结构的有界阻塞队列。默认和最大长度Integer.MAX-VALUE。也是按照先入先出原则

【3】PriorityBlockingQueue

支持优先级的无界阻塞队列。默认下使用自然顺序升序。通过自定义类实现compareTo()方或者初始化时添加Comparator对元素进行排序。注意不能保证同优先级元素的顺序。

【4】DelayQueue

支持延时获取元素的无界阻塞队列。使用PriorityQueue来实现。队列中的元素必须实现Delayed接口，在创建元素时可以指定多久才能在队列中获取。延迟期满以后才能获取

应用：

缓存系统设计：使用DelayQueue保存元素的有效期，使用线程循环检查DelayQueue，一旦能获取元素表示缓存有效期到了

定时任务调度：使用DelayQueue保存要定时执行的任务。比如TimerQueue就是用DelayQueue实现的

【5】：SynchronousQueue

【6】：LinkedTransferQueue

【7】：LinkedBlockingQueue

可以从两端进行插入和删除操作