高併發第八彈:J.U.C起航(java.util.concurrent)
java.util.concurrent是JDK自帶的一個併發的包主要分為以下5部分：
- 併發工具類(tools)
- 顯示鎖(locks)
- 原子變數類(aotmic)
- 併發集合(collections)
- Executor執行緒執行器
我們今天就說說 併發集合,除開 Queue,放線上程池的時候講
先介紹以下 CopyOnWrite:
Copy-On-Write簡稱COW，是一種用於程式設計中的優化策略。其基本思路是，從一開始大家都在共享同一個內容，當某個人想要修改這個內容的時候，才會真正把內容Copy出去形成一個新的內容然後再改，這是一種延時懶惰策略。從JDK1.5開始Java併發包裡提供了兩個使用CopyOnWrite機制實現的併發容器,它們是CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet。CopyOnWrite容器非常有用，可以在非常多的併發場景中使用到 .
CopyOnWrite容器即寫時複製的容器。通俗的理解是當我們往一個容器新增元素的時候，不直接往當前容器新增，而是先將當前容器進行Copy，複製出一個新的容器，然後新的容器裡新增元素，新增完元素之後，再將原容器的引用指向新的容器。這樣做的好處是我們可以對CopyOnWrite容器進行併發的讀，而不需要加鎖，因為當前容器不會新增任何元素。所以CopyOnWrite容器也是一種讀寫分離的思想，讀和寫不同的容器。
public class CopyOnWriteArrayList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {private static final long serialVersionUID = 8673264195747942595L; /** The lock protecting all mutators */ final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); /** The array, accessed only via getArray/setArray. */ private transient volatile Object[] array; ............................public boolean add(E e) { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock(); try { Object[] elements = getArray();//獲取當前陣列資料 int len = elements.length; Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1); //複製當前陣列並且擴容+1 newElements[len] = e; setArray(newElements);//將原來的陣列指向新的陣列 return true; } finally { lock.unlock(); } }
下面這篇文章驗證了CopyOnWriteArrayList和同步容器的效能：
下面這篇文章簡單描述了CopyOnWriteArrayList的使用：
因為 網友總結的優缺點是:
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缺點： 1.寫操作時複製消耗記憶體，如果元素比較多時候，容易導致young gc 和full gc。 2.不能用於實時讀的場景.由於複製和add操作等需要時間，故讀取時可能讀到舊值。 能做到最終一致性，但無法滿足實時性的要求，更適合讀多寫少的場景。 如果無法知道陣列有多大，或者add,set操作有多少，慎用此類,在大量的複製副本的過程中很容易出錯。
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設計思想： 1.讀寫分離 2.最終一致性 3.使用時另外開闢空間，防止併發衝突
這個還真是主要是針對 讀多的條件.畢竟寫一個就要開闢一個空間.太耗資源了.其實還是建議用手動的方式來控制集合的併發.
1. ArrayList –> CopyOnWriteArrayList
它相當於執行緒安全的ArrayList。和ArrayList一樣，它是個可變陣列；但是和ArrayList不同的時，它具有以下特性：1. 它最適合於具有以下特徵的應用程式：List 大小通常保持很小，只讀操作遠多於可變操作，需要在遍歷期間防止執行緒間的衝突。2. 它是執行緒安全的。3. 因為通常需要複製整個基礎陣列，所以可變操作（add()、set() 和 remove() 等等）的開銷很大。4. 迭代器支援hasNext(), next()等不可變操作，但不支援可變 remove()等操作。5. 使用迭代器進行遍歷的速度很快，並且不會與其他執行緒發生衝突。在構造迭代器時，迭代器依賴於不變的陣列快照。
2. HashSet –> CopyOnWriteArraySet
它是執行緒安全的無序的集合，可以將它理解成執行緒安全的HashSet。有意思的是，CopyOnWriteArraySet和HashSet雖然都繼承於共同的父類AbstractSet；但是，HashSet是通過“散列表(HashMap)”實現的，而CopyOnWriteArraySet則是通過“動態陣列(CopyOnWriteArrayList)”實現的，並不是散列表。和CopyOnWriteArrayList類似，CopyOnWriteArraySet具有以下特性：1. 它最適合於具有以下特徵的應用程式：Set 大小通常保持很小，只讀操作遠多於可變操作，需要在遍歷期間防止執行緒間的衝突。2. 它是執行緒安全的。3. 因為通常需要複製整個基礎陣列，所以可變操作（add()、set() 和 remove() 等等）的開銷很大。4. 迭代器支援hasNext(), next()等不可變操作，但不支援可變 remove()等 操作。5. 使用迭代器進行遍歷的速度很快，並且不會與其他執行緒發生衝突。在構造迭代器時，迭代器依賴於不變的陣列快照。
SkipList 跳錶:先介紹這個吧
總結起來就是:
傳統意義的單鏈表是一個線性結構，向有序的連結串列中插入一個節點需要O(n)的時間，查詢操作需要O(n)的時間
跳錶查詢的複雜度為O(n/2)。跳躍表其實也是一種通過“空間來換取時間”的一個演算法，通過在每個節點中增加了向前的指標，從而提升查詢的效率。
先以資料“7,14,21,32,37,71,85”序列為例，來對跳錶進行簡單說明。
跳錶分為許多層(level)，每一層都可以看作是資料的索引，這些索引的意義就是加快跳錶查詢資料速度。每一層的資料都是有序的，上一層資料是下一層資料的子集，並且第一層(level 1)包含了全部的資料；層次越高，跳躍性越大，包含的資料越少。跳錶包含一個表頭，它查詢資料時，是從上往下，從左往右進行查詢。現在“需要找出值為32的節點”為例，來對比說明跳錶和普遍的連結串列。
情況1：連結串列中查詢“32”節點路徑如下圖1-02所示：
需要4步(紅色部分表示路徑)。
情況2：跳錶中查詢“32”節點路徑如下圖1-03所示：
忽略索引垂直線路上路徑的情況下，只需要2步(紅色部分表示路徑)。
先以資料“7,14,21,32,37,71,85”序列為例，來對跳錶進行簡單說明。
跳錶分為許多層(level)，每一層都可以看作是資料的索引，這些索引的意義就是加快跳錶查詢資料速度。每一層的資料都是有序的，上一層資料是下一層資料的子集，並且第一層(level 1)包含了全部的資料；層次越高，跳躍性越大，包含的資料越少。跳錶包含一個表頭，它查詢資料時，是從上往下，從左往右進行查詢。現在“需要找出值為32的節點”為例，來對比說明跳錶和普遍的連結串列。
情況1：連結串列中查詢“32”節點路徑如下圖1-02所示：
需要4步(紅色部分表示路徑)。
情況2：跳錶中查詢“32”節點路徑如下圖1-03所示：
忽略索引垂直線路上路徑的情況下，只需要2步(紅色部分表示路徑)。
3. TreeMap –> ConcurrentSkipListMap
下面說說Java中ConcurrentSkipListMap的資料結構。(01) ConcurrentSkipListMap繼承於AbstractMap類，也就意味著它是一個雜湊表。(02) Index是ConcurrentSkipListMap的內部類，它與“跳錶中的索引相對應”。HeadIndex繼承於Index，ConcurrentSkipListMap中含有一個HeadIndex的物件head，head是“跳錶的表頭”。(03) Index是跳錶中的索引，它包含“右索引的指標(right)”，“下索引的指標(down)”和“雜湊表節點node”。node是Node的物件，Node也是ConcurrentSkipListMap中的內部類。
/** * Special value used to identify base-level header */ private static final Object BASE_HEADER = new Object(); /** * 跳錶的最頂層索引 */ private transient volatile HeadIndex<K,V> head; /** * * 比較器用於維護此對映中的順序，或者如果使用自然排序，則為空。（非私有的，以 * 簡化巢狀類中的訪問）。 * */ final Comparator<? super K> comparator; /** Lazily initialized key set */ //懶惰初始化金鑰集 private transient KeySet<K> keySet; /** Lazily initialized entry set */ private transient EntrySet<K,V> entrySet; /** Lazily initialized values collection */ private transient Values<V> values; /** Lazily initialized descending key set */
原始碼我也沒精力去詳勘了.就總結一下
4. TreeSet –> ConcurrentSkipListSet
(01) ConcurrentSkipListSet繼承於AbstractSet。因此，它本質上是一個集合。(02) ConcurrentSkipListSet實現了NavigableSet介面。因此，ConcurrentSkipListSet是一個有序的集合。(03) ConcurrentSkipListSet是通過ConcurrentSkipListMap實現的。它包含一個ConcurrentNavigableMap物件m，而m物件實際上是ConcurrentNavigableMap的實現類ConcurrentSkipListMap的例項。ConcurrentSkipListMap中的元素是key-value鍵值對；而ConcurrentSkipListSet是集合，它只用到了ConcurrentSkipListMap中的key！
(4)同其他set集合，是基於map集合的（基於ConcurrentSkipListMap），在多執行緒環境下，裡面的contains、add、remove操作都是執行緒安全的。
(5)多個執行緒可以安全的併發的執行插入、移除、和訪問操作。但是對於批量操作addAll、removeAll、retainAll和containsAll並不能保證以原子方式執行，原因是addAll、removeAll、retainAll底層呼叫的還是 contains、add、remove方法，只能保證每一次的執行是原子性的，代表在單一執行操縱時不會被打斷，但是不能保證每一次批量操作都不會被打斷。在使用批量操作時，還是需要手動加上同步操作的。
(6)不允許使用null元素的，它無法可靠的將引數及返回值與不存在的元素區分開來。
5. HashMap –> ConcurrentHashMap
- 不允許空值，在實際的應用中除了少數的插入操作和刪除操作外，絕大多數我們使用map都是讀取操作。而且讀操作大多數都是成功的。基於這個前提，它針對讀操作做了大量的優化。因此這個類在高併發環境下有特別好的表現。
- ConcurrentHashMap作為Concurrent一族，其有著高效地併發操作，相比Hashtable的笨重，ConcurrentHashMap則更勝一籌了。
- 在1.8版本以前，ConcurrentHashMap採用分段鎖的概念，使鎖更加細化，但是1.8已經改變了這種思路，而是利用CAS+Synchronized來保證併發更新的安全，當然底層採用陣列+連結串列+紅黑樹的儲存結構。
安全共享物件策略
- 執行緒限制：一個被執行緒限制的物件，由執行緒獨佔，並且只能被佔有它的執行緒修改
- 共享只讀：一個共享只讀的U帝鄉，在沒有額外同步的情況下，可以被多個執行緒併發訪問，但是任何執行緒都不能修改它
- 執行緒安全物件：一個執行緒安全的物件或者容器，在內部通過同步機制來保障執行緒安全，多以其他執行緒無需額外的同步就可以通過公共介面隨意訪問他
- 被守護物件：被守護物件只能通過獲取特定的鎖來訪問。
不好意思 虎頭蛇尾了.實在扛不住了