Java基礎: 線程安全的集合類

一.包裝線程不安全的集合

在集合中學到的ArrayList、LinkedList、HashSet、TreeSet、HashMap、TreeMap等都是線程不安全的,也就是說,當多個併發線程向這些集合中存、取元素時,就可能會破壞這些集合的數據完整性。

如果程序中有多個線程可能訪問以上這些集合,就可以使用Collections提供的類方法把這些集合包裝成線程安全的集合。Collections提供瞭如下靜態方法。

在這裏插入圖片描述比如,如果想在多線程中使用線程安全的HashMap,則可以使用以下代碼:

 使用Collections的synchronizedMap方法將一個普通的
 HashMap map = (HashMap) Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());

注意:
如果需要把某個集合包裝成線程安全的集合,則應該在創建之後立即包裝,如上程序所示—當HashMap對象創建後立即包裝成線程安全的HashMap對象.

二.線程安全的集合類

從Java5開始,在java.util.concurrent包下提供了大量支持高效併發訪問的集合接口和實現類,如下圖所示:
在這裏插入圖片描述從上圖所示的類圖可以看出,這些線程安全的集合類分爲兩大類:

(1)以Concurrent開頭的集合類: 如 ConcurrentHashMap、ConcurrentLinkedQueue、ConcurrentLinkedDeque、ConcurrentSkipListMap和ConcurrentSkipListSet .

(2)以CopyOnWrite開頭的集合類:如 CopyOnWriteArrayList、CopyOnWriteArraySet .

其中以Concurrent開頭的集合類代表了支持併發訪問的集合,它們可以支持多個線程併發寫入訪問,這些寫入線程的所有操作都是線程安全的,但讀取操作不必鎖定。以Concurrent開頭的集合類採用了更復雜的算法來保證永遠不會鎖住整個集合,因此在併發寫入時有較好的性能。

當多個線程共享訪問一個公共集合時,ConcurrentLinkedQueue是一個恰當的選擇。ConcurrentLinkedQueue不允許使用null元素。ConcurrentLinkedQueue實現了多線程的高效訪問,多個線程訪問ConcurrentLinkedQueue集合時無須等待。

在默認情況下,ConcurrentHashMap支持16個線程併發寫入,當有超過16個線程併發向該Map中寫入數據時,可能有一些線程需要等待。實際上,程序通過設置concurrencyLevel構造參數(默認值爲16)來支持更多的併發寫入線程。

與前面介紹的HashMap和普通集合不同的是,因爲ConcurrentLinkedQueue和ConcurrentHashMap支持多線程併發訪問,所以當使用迭代器來遍歷元素時,該迭代器可能不能反映出創建迭代器之後所做的修改,但程序不會拋出任何異常。

Java8拓展了ConcurrentHashMap的功能,爲該類新增了30多個新方法,這些方法可藉助於Stream和Lambda表達式支持執行聚焦操作。ConcurrentHashMap新增的方法大致可分爲如下三類:

在這裏插入圖片描述除此之外,ConcurrentHashMap還新增了mappingCount()、newKeySet()等方法,增強後的ConcurrentHashMap更適合作爲緩存實現類使用。

注意:
使用java.util包下的Collection作爲集合對象時,如果該集合對象創建迭代器集合元素髮生改變,則會引發ConcurrentModificationException異常.

由於CopyOnWriteArraySet的底層封裝了CopyOnWriteArrayList,因此它的實現機制完全類似於CopyOnWriteList集合。

對應CopyOnWriteArrayList集合,正如它的名字所暗示的,它採用複製底層數組的方式來實現寫操作。

當線程對CopyOnWriteArrayList集合執行讀取操作時,線程將會直接讀取集合本身,無須加鎖與阻塞。當線程對CopyOnWriteArrayList集合執行寫入操作時(包括調用add()、remove()、set()等方法),該集合會在底層複製一份新的數組,接下來對新的數組執行寫入操作。由於對CopyOnWriteArrayList集合的寫入操作都是對數組的副本執行操作,因此它是線程安全的。

需要指出的是,由於CopyOnWriteArrayList執行寫入操作時需要頻繁地複製數組,性能比較差,但由於讀操作與寫操作不是操作同一個數組,並且讀操作也不需要加鎖,因此讀操作就很快、很安全。由此可見,CopyOnWriteArrayList適合用在讀取操作遠遠大於寫入操作的場景中,比如緩存等。

發表評論
所有評論
還沒有人評論,想成為第一個評論的人麼? 請在上方評論欄輸入並且點擊發布.
相關文章