同步容器与并发容器（简要介绍）

多线程笔记（三）

1. 同步容器与并发容器

同步容器

通过synchronized关键字实现线程安全的容器；或通过Collections这个工具类的synchronizedXXX方法创建的容器，都称为同步容器

例如Vector, Stack, Hashtable

Vector是list接口的线程安全实现

Stack是Vector的子类，是一个先进后出的栈，入栈和出栈都是同步的

Hashtable是Map接口的线程安全实现

并发容器

同步容器一次只能允许一个线程去使用，因此性能较差。

允许多线程同时使用容器，并能保证线程安全的容器都是并发容器。

并发容器有两个接口，分别为ConcurrentMap和BlockingQueue

主要的实现

• CopyOnWrite容器
  • CopyOnWriteArrayList
  • CopyOnWriteArraySet
• ConcurrentMap的实现类
  • ConcurrentHashMap
  • ConcurrentSkipListMap（支持排序）
• 阻塞队列的实现
  • ArrayBlockingQueue：使用数组实现的有界阻塞队列
  • LinkedBlockingQueue：使用链表实现的有界阻塞队列
  • PriorityBlockingQueue：支持优先级的无界阻塞队列
  • DelayQueue：支持延时获取元素的无界阻塞队列
  • SyncronousQueue：不存储元素的阻塞队列
  • LinkedTransferQueue：使用链表实现的无界阻塞队列
  • LinkedBlockingDeque：使用链表实现的双向阻塞队列
• 非阻塞队列的实现：
  • ConcurrentLinkedQueue：使用链表实现的无界非阻塞队列
  • ConcurrentLinkedDeque：使用链表实现的双向非阻塞队列

2. CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList是一个允许多线程使用，能够保证线程安全，底层使用数组实现的并发容器。

基本设计思想：

​ 内部还是使用数组来存放数据，CopyOnWrite指的是写时复制，一个数组在读的时候使用原数组，写的时候，假如添加一个元素进来，先copy原来的数组，添加一个元素的位置，然后把新的元素放进来。这时内存里面同时存在两个数组，原数组支持读请求，新数组支持读请求。同时将指向原数组的变量改为指向新数组。

缺点：

​ 每次写的时候，都去cpoy一份数据出来，如果数据比较大的话，比较耗费内存

​ 只能保证数据最终一致，不能保证实时一致，当数据在修改的时候，读取到的数据是”旧“的值。

适用场景：读多写少，对实时性要求不是特别高。

3. ConcurrentHashMap

概述

ConcurrentHashMap是一个实现Map功能的并发容器，也可以认为是一个线程安全的HashMap

不同JDK版本里面的实现机制不一样的。JDK1.8之前是数组加链表，JDK1.8及其之后是数组加链表/红黑树。

ConcurrentHashMap继承了AbstractMap，实现了ConcurrentMap接口

AbstractMap实现了Map接口，提供了Map接口的骨干实现，如果我们自己想要实现一个Map，可以继承AbstractMap，这样可以最大限度的减少自己实现Map这类数据结构所需要的工作量。

ConcurrentMap主要提供了一些针对Map的原子操作

内部结构

使用Node<K, V>[]（Node类型的数组）来存放数据

Node节点类型

Node:

用来存放k-v数据的node，如果发生了哈希冲突，那么就使用链表法解决

TreeBin：

它是一个指向红黑树的代理节点，用来存放数据，树上的节点是TreeNode，TreeNode继承了Node节点。TreeBin的作用是方便对红黑树的操作（左旋，右旋，删除，平衡等等），TreeBin还包含了加锁解锁等操作。

ForwardingNode

是一种临时节点，扩容的时候才会使用。不存储数据。

ReservationNode

保留节点，给ConcurrentHashMap中的一些特殊方法使用，不存储数据。只在computeIfAbsent和compute这两个方法里面使用。

扩容和数据迁移的思路

扩容：

1. 数组扩容：创建一个新数组，通常长度为原来的两倍

2. 数据迁移：把旧的数组里的数据拷贝到新的数组里面

扩容部分大家可以看看这一篇 https://blog.csdn.net/zzu_seu/article/details/106698150

4. BlockingQueue

阻塞队列（BlockingQueue）：在并发环境下，调用队列的过程中，会根据情况去阻塞调用线程，实现这样带阻塞功能的队列，就是阻塞队列。

阻塞队列是通过“锁”?来实现的，主要用在生产者-消费者模式，用于线程间的数据交换和系统解耦。

阻塞队列的作用：

• 如果线程向队列插入元素，而这个时候队列满了，就会阻塞这个线程，直到队列有空闲。
• 如果线程从队列中获取元素，而这个时候，队列为空，就会阻塞这个线程，直到队列里面有数据

BlockingQueue接口中的一些方法

操作成功返回true， 如果操作失败抛异常：add(E e), remove(Object o)

操作成功返回true，操作失败返回false：offer(E e)

队列满了阻塞调用线程：put(E e), take()

阻塞+超时：offer(E e, long timeout, TimeUnit unit), poll(long timeout, TimeUnit unit)

阻塞队列的特点：

• 不能包含null元素
• 实现这个接口的类都必须是线程安全的
• 可以限定容量大小

5. ArrayBlockingQueue

ArrayBlockingQueue是BlockingQueue接口的典型实现。

ArrayBlockingQueue是基于数组来实现的，有界的阻塞队列

ArrayBlockingQueue特点：

• 队列容量在创建的时候指定，之后不可更改
• 插入元素在队尾，删除元素在队首
• 队列满了，对阻塞插入元素的线程，队列为空，会阻塞删除元素的线程
• 支持公平/非公平的册罗，默认是非公平的
• 加的锁是全局锁，如果在处理出队的时候，是处理不了入队的，反之同理。在超高并发环境下，可能会有性能问题

6. LinkedBlockingQueue

LinkedBlockingQueue是BlockingQueue接口的典型实现。

LinkedBlockingQueue是基于链表实现的，一种近似有界阻塞队列。

LinkedBlockingQueue特点：

• 与ArrayBlockingQueue的全局锁不同的是，LinkedBlockingQueue有两把锁，一把是控制入队的putLock，一把是控制出队的takeLock。
• 与ArrayBlockingQueue初始必须指定队列大小不同的是，其可以在初始化时指定队列的容量，如果不指定，容量大小默认为Integer的最大值。
• 与ArrayBlockingQueue可以指定公平/非公平策略不同的是，LinkedBlockingQueue不可以指定公平/非公平策略。

7. ConcurrentLinkedQueue

ConcurrentLinkedQueue是Queue接口的实现

ConcurrentLinkedQueue是基于链表实现的，无界的非阻塞队列

与阻塞队列最大的不同是，该队列不再基于“锁”来保证队列的并发安全性，而是通过自旋+CAS的方式来保证