JDK提供的并发容器总结

落日映苍穹つ 2024-04-18 16:31 57阅读 0赞

## JDK提供的并发容器总结 ##

JDK提供的这些容器大部分在 java.util.concurrent 包中

*  ConcurrentHashMap: 线程安全的HashMap
 *  CopyOnWriteArrayList: 线程安全的List，在读多写少的场合性能非常好，远远好于Vector.
 *  ConcurrentLinkedQueue: 高效的并发队列，使用链表实现。可以看做一个线程安全的 LinkedList，这是一个非阻塞队列。
 *  BlockingQueue: 这是一个接口，JDK内部通过链表、数组等方式实现了这个接口。表示阻塞队列，非常适合用于作为数据共享的通道。
 *  ConcurrentSkipListMap: 跳表的实现。这是一个Map，使用跳表的数据结构进行快速查找。

## 介绍 ##

> Java提供的线程安全的 Queue 可以分为阻塞队列和非阻塞队列，其中阻塞队列的典型例子是 BlockingQueue，非阻塞队列的典型例子是ConcurrentLinkedQueue，在实际应用中要根据实际需要选用阻塞队列或者非阻塞队列。 阻塞队列可以通过加锁来实现，非阻塞队列可以通过 CAS 操作实现。

## ConcurrentLinkedQueue ##

> 主要使用 CAS 非阻塞算法来实现线程安全  
> private static final sun.misc.Unsafe UNSAFE;

## ArrayBlockingQueue ##

> BlockingQueue的子类，线程安全，采用ReentrantLock实现  
> ArrayBlockingQueue 是 BlockingQueue 接口的有界队列实现类，底层采用数组来实现。ArrayBlockingQueue一旦创建，容量不能改变。其并发控制采用可重入锁来控制，不管是插入操作还是读取操作，都需要获取到锁才能进行操作。当队列容量满时，尝试将元素放入队列将导致操作阻塞;尝试从一个空队列中取一个元素也会同样阻塞。

## LinkedBlockingQueue ##

> BlockingQueue的子类，线程安全，采用ReentrantLock和Condition实现  
> LinkedBlockingQueue 底层基于单向链表实现的阻塞队列，可以当做无界队列也可以当做有界队列来使用，同样满足FIFO的特性，与ArrayBlockingQueue 相比起来具有更高的吞吐量，为了防止 LinkedBlockingQueue 容量迅速增，损耗大量内存。通常在创建LinkedBlockingQueue 对象时，会指定其大小，如果未指定，容量等于Integer.MAX\_VALUE。

## PriorityBlockingQueue ##

> BlockingQueue的子类，线程安全，采用ReentrantLock实现

PriorityBlockingQueue 是一个支持优先级的无界阻塞队列。默认情况下元素采用自然顺序进行排序，也可以通过自定义类实现 compareTo() 方法来指定元素排序规则，或者初始化时通过构造器参数 Comparator 来指定排序规则。

PriorityBlockingQueue 并发控制采用的是 ReentrantLock，队列为无界队列（ArrayBlockingQueue 是有界队列，LinkedBlockingQueue 也可以通过在构造函数中传入 capacity 指定队列最大的容量，但是 PriorityBlockingQueue 只能指定初始的队列大小，后面插入元素的时候，如果空间不够的话会自动扩容）。

简单地说，它就是 PriorityQueue 的线程安全版本。不可以插入 null 值，同时，插入队列的对象必须是可比较大小的（comparable），否则报 ClassCastException 异常。它的插入操作 put 方法不会 block，因为它是无界队列（take 方法在队列为空的时候会阻塞）。

## ConcurrentSkipListMap ##

> ConcurrentSkipListMap的底层是通过跳表来实现的。跳表是一个链表，但是通过使用“跳跃式”查找的方式使得插入、读取数据时复杂度变成了O（logn）

*  跳表的本质是同时维护了多个链表，并且链表是分层的，最低层的链表维护了跳表内所有的元素，每上面一层链表都是下面一层的子集。
 *  跳表内的所有链表的元素都是排序的。查找时，可以从顶级链表开始找。一旦发现被查找的元素大于当前链表中的取值，就会转入下一层链表继续找。这也就是说在查找过程中，搜索是跳跃式的。
 *  **跳表是一种利用空间换时间的算法**

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参考文档：

1.  https://snailclimb.gitee.io/javaguide/\#/java/Multithread/%E5%B9%B6%E5%8F%91%E5%AE%B9%E5%99%A8%E6%80%BB%E7%BB%93