当前位置：首页 > news >正文

【多线程进阶】线程安全的集合类

news 文章来源：https://blog.csdn.net/qq_60366454/article/details/133641005 2024/12/29 8:02:26

文章目录

前言
1. 多线程环境使用 ArrayList
2. 多线程环境使用队列
3. 多线程环境使用哈希表
- 3.1 HashTable
- 3.2 ConcurrentHashMap
总结

前言

本文主要讲解 Java 线程安全的集合类, 在之前学习过的集合类中, 只有 Vector, Stack, HashTable, 是线程安全的, 因为在他们的关键方法中, 都使用了 synchronized 去实现, 而其他的集合类都不是线程安全的. 但在多线程开发下, 保证线程安全又必不可找, 因此我们无法避免使用线程安全的集合类.

关注收藏, 开始学习吧🧐

1. 多线程环境使用 ArrayList

多线程环境下使用 ArrayList 主要有以下三个方法:

1. 自己使用同步机制 (synchronized 或者 ReentrantLock)

俩个锁均在前面多线程章节, 做过很多相关的讨论了. 此处不再展开.

2. Collections.synchronizedList(new ArrayList);

ArrayList 本身是没有使用 synchronized, 但是 synchronizedList 是标准库提供的一个基于 synchronized 进行线程同步的 List. synchronizedList 的关键操作上都带有 synchronized. 如果你不想自己进行加锁, 就可以使用它.

3. 使用 CopyOnWriteArrayList

CopyOnWrite容器即写时复制的容器.

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.
添加完元素之后, 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, 没有引入任何的加锁操作, 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。

优点:

在读多写少的场景下, 性能很高, 不需要加锁竞争.

缺点:

占用内存较多.
新写的数据不能被第一时间读取到.

2. 多线程环境使用队列

在多线程开发时需要用到队列时, 我们可以根据不同场景, 来使用以下四个队列.

ArrayBlockingQueue 基于数组实现的阻塞队列
LinkedBlockingQueue 基于链表实现的阻塞队列
PriorityBlockingQueue 基于堆实现的带优先级的阻塞队列
TransferQueue 最多只包含一个元素的阻塞队列

3. 多线程环境使用哈希表

HashMap 本身不是线程安全的. 在多线程环境下使用哈希表可以使用:

HashTable
ConcurrentHashMap

3.1 HashTable

只是简单的把关键方法加上了 synchronized 关键字.

public synchronized V put(K key, V value) {}
public synchronized V get(Object key) {}

这样相当于直接针对 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.
size 属性也是通过 synchronized 来控制同步, 也是比较慢的.
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的元素拷贝, 效率会非常低.

3.2 ConcurrentHashMap

相比于 Hashtable 做出了一系列的改进和优化. 以 Java1.8 为例.

读操作没有加锁(但是使用了 volatile 保证从内存读取结果), 只对写操作进行加锁. 加锁的方式仍然是是用 synchronized, 但是不是锁整个对象, 而是 “锁桶” (用每个链表的头结点作为锁对象), 大大降低了锁冲突的概率.
充分利用 CAS 特性. 比如 size 属性通过 CAS 来更新. 避免出现重量级锁的情况.
优化了扩容方式: 化整为零
- 发现需要扩容的线程, 只需要创建一个新的数组, 同时只搬几个元素过去.
- 扩容期间, 新老数组同时存在.
- 后续每个来操作 ConcurrentHashMap 的线程, 都会参与搬家的过程. 每个操作负责搬运一小部分元素.
- 搬完最后一个元素再把老数组删掉.
- 这个期间, 插入只往新数组加.
- 这个期间, 查找需要同时查新数组和老数组

总结

✨ 本文重点讲了 Java 中一些线程安全的集合类, 在并发编程中时很有用的, 请大家熟悉.
✨ 想了解更多的多线程知识, 可以收藏一下本人的多线程学习专栏, 里面会持续更新本人的学习记录, 跟随我一起不断学习.
✨ 感谢你们的耐心阅读, 博主本人也是一名学生, 也还有需要很多学习的东西. 写这篇文章是以本人所学内容为基础, 日后也会不断更新自己的学习记录, 我们一起努力进步, 变得优秀, 小小菜鸟, 也能有大大梦想, 关注我, 一起学习.

再次感谢你们的阅读, 你们的鼓励是我创作的最大动力!!!!!