1.并發List

Vector 或者 CopyOnWriteArrayList 是兩個線程安全的List實現，ArrayList 不是線程安全的。因此，應該盡量避免在多線程環境中使用ArrayList。如果因為某些原因必須使用的，則需要使用Collections.synchronizedList(List list)進行包裝。

示例代碼：

List?list?=?Collections.synchronizedList(new?ArrayList());

...

synchronized?(list)?{

Iterator?i?=?list.iterator();?//?必須在同步塊中

while?(i.hasNext())

foo(i.next());

}

遍歷的操作需要自己加鎖，而add之類的方法則不需要，自己看一下源碼就理解了

CopyOnWriteArrayList 的內部實現與Vector又有所不同。顧名思義，Copy-On-Write 就是 CopyOnWriteArrayList 的實現機制。即當對象進行寫操作時，復制該對象；若進行的讀操作，則直接返回結果，操作過程中不需要進行同步。

CopyOnWriteArrayList 很好地利用了對象的不變性，在沒有對對象進行寫操作前，由于對象未發生改變，因此不需要加鎖。而在試圖改變對象時，總是先獲取對象的一個副本，然后對副本進行修改，最后將副本寫回。

這種實現方式的核心思想是減少鎖競爭，從而提高在高并發時的讀取性能，但是它卻在一定程度上犧牲了寫的性能。

在 get() 操作上，Vector 使用了同步關鍵字，所有的 get() 操作都必須先取得對象鎖才能進行。在高并發的情況下，大量的鎖競爭會拖累系統性能。反觀CopyOnWriteArrayList 的get() 實現，并沒有任何的鎖操作。

在 add() 操作上，CopyOnWriteArrayList 的寫操作性能不如Vector，原因也在于Copy-On-Write。

在讀多寫少的高并發環境中，使用 CopyOnWriteArrayList 可以提高系統的性能，但是，在寫多讀少的場合，CopyOnWriteArrayList ?的性能可能不如 Vector。

Copy-On-Write源碼分析

通過查看CopyOnWriteArrayList類的源碼可知，在add操作上，是使用了Lock鎖做了同步處理，內部拷貝了原數組，并在新數組上進行添加操作，最后將新數組替換掉舊數組。

public?boolean?add(E?e)?{

final?ReentrantLock?lock?=?this.lock;

lock.lock();

try?{

Object[]?elements?=?getArray();

int?len?=?elements.length;

Object[]?newElements?=?Arrays.copyOf(elements,?len?+?1);

newElements[len]?=?e;

setArray(newElements);

return?true;

}?finally?{

lock.unlock();

}

}

CopyOnWriteArrayList的get(int index)方法是沒有任何鎖處理的，直接返回數組對象。

public?E?get(int?index)?{

return?get(getArray(),?index);

}

final?Object[]?getArray()?{

return?array;

}

那么Copy-On-Write的優缺點有哪些呢？

最明顯的就是這是CopyOnWriteArrayList屬于線程安全的，并發的讀是沒有異常的，讀寫操作被分離。缺點就是在寫入時不止加鎖，還使用了Arrays.copyOf()進行了數組復制，性能開銷較大，遇到大對象也會導致內存占用較大。

2.并發Set

和List相似，并發Set也有一個 CopyOnWriteArraySet ，它實現了 Set 接口，并且是線程安全的。它的內部實現完全依賴于 CopyOnWriteArrayList ，因此，它的特性和 CopyOnWriteArrayList 完全一致，適用于 讀多寫少的高并發場合，在需要并發寫的場合，則可以使用Set s = Collections.synchronizedSet(Set s)得到一個線程安全的Set。

示例代碼：

Set?s?=?Collections.synchronizedSet(new?HashSet());

...

synchronized?(s)?{

Iterator?i?=?s.iterator();?//?必須在同步塊中

while?(i.hasNext())

foo(i.next());

}

3.并發Map

在多線程環境下使用Map，一般也可以使用Collections.synchronizedMap()方法得到一個線程安全的 Map(詳見示例代碼1)。但是在高并發的情況下，這個Map的性能表現不是最優的。由于 Map 是使用相當頻繁的一個數據結構，因此 JDK 中便提供了一個專用于高并發的 Map 實現 ConcurrentHashMap。

Collections的示例代碼1：

Map?m?=?Collections.synchronizedMap(new?HashMap());

...

Set?s?=?m.keySet();??//?不需要同步塊

...

synchronized?(m)?{??//?同步在m上，而不是s上!!

Iterator?i?=?s.iterator();?//?必須在同步塊中

while?(i.hasNext())

foo(i.next());

}

1.為什么不能在高并發下使用HashMap？

因為多線程環境下，使用Hashmap進行put操作會引起死循環，導致CPU利用率接近100%，所以在并發情況下不能使用HashMap。

2.為什么不使用線程安全的HashTable？

HashTable容器使用synchronized來保證線程安全，但在線程競爭激烈的情況下HashTable的效率非常低下。因為當一個線程訪問HashTable的同步方法時，其他線程訪問HashTable的同步方法時，可能會進入阻塞或輪詢狀態。如線程1使用put進行添加元素，線程2不但不能使用put方法添加元素，并且也不能使用get方法來獲取元素，所以競爭越激烈效率越低。

3.ConcurrentHashMap的優勢

ConcurrentHashMap的內部實現進行了鎖分離(或鎖分段)，所以它的鎖粒度小于同步的 HashMap；同時，ConcurrentHashMap的 get() 操作也是無鎖的。除非讀到的值是空的才會加鎖重讀，我們知道HashTable容器的get方法是需要加鎖的，那么ConcurrentHashMap的get操作是如何做到不加鎖的呢？原因是它的get方法里將要使用的共享變量都定義成volatile。

鎖分離：首先將數據分成一段一段的存儲，然后給每一段數據配一把鎖，當一個線程占用鎖訪問其中一個段數據的時候，其他段的數據也能被其他線程訪問。有些方法需要跨段，比如size()和containsValue()，它們可能需要鎖定整個表而而不僅僅是某個段，這需要按順序鎖定所有段，操作完畢后，又按順序釋放所有段的鎖。

上述部分文字參考文章：https://www.cnblogs.com/ITtangtang/p/3948786.html

4.并發Queue

在并發隊列上，JDK提供了兩套實現，一個是以 ConcurrentLinkedQueue 為代表的高性能隊列，一個是以 BlockingQueue 接口為代表的阻塞隊列。不論哪種實現，都繼承自 Queue 接口。

ConcurrentLinkedQueue 是一個適用于高并發場景下的隊列。它通過無鎖的方式，實現了高并發狀態下的高性能。通常，ConcurrentLinkedQueue 的性能要好于 BlockingQueue 。

與 ConcurrentLinkedQueue 的使用場景不同，BlockingQueue 的主要功能并不是在于提升高并發時的隊列性能，而在于簡化多線程間的數據共享。

BlockingQueue 典型的使用場景是生產者-消費者模式，生產者總是將產品放入 BlockingQueue 隊列，而消費者從隊列中取出產品消費，從而實現數據共享。

BlockingQueue 提供一種讀寫阻塞等待的機制，即如果消費者速度較快，則 BlockingQueue 則可能被清空，此時消費線程再試圖從 BlockingQueue 讀取數據時就會被阻塞。反之，如果生產線程較快，則 BlockingQueue 可能會被裝滿，此時，生產線程再試圖向 BlockingQueue 隊列裝入數據時，便會被阻塞等待，其工作模式如圖所示。

5.并發Deque

在JDK1.6中，還提供了一種雙端隊列(Double-Ended Queue)，簡稱Deque。Deque允許在隊列的頭部或尾部進行出隊和入隊操作。與Queue相比，具有更加復雜的功能。

Deque 接口的實現類：LinkedList、ArrayDeque和LinkedBlockingDeque。

它們都實現了雙端隊列Deque接口。其中LinkedList使用鏈表實現了雙端隊列，ArrayDeque使用數組實現雙端隊列。通常情況下，由于ArrayDeque基于數組實現，擁有高效的隨機訪問性能，因此ArrayDeque具有更好的遍性能。但是當隊列的大小發生變化較大時，ArrayDeque需要重新分配內存，并進行數組復制，在這種環境下，基于鏈表的 LinkedList 沒有內存調整和數組復制的負擔，性能表現會比較好。但無論是LinkedList或是ArrayDeque，它們都不是線程安全的。

LinkedBlockingDeque 是一個線程安全的雙端隊列實現。可以說，它已經是最為復雜的一個隊列實現。在內部實現中，LinkedBlockingDeque 使用鏈表結構。每一個隊列節點都維護了一個前驅節點和一個后驅節點。LinkedBlockingDeque 沒有進行讀寫鎖的分離，因此同一時間只能有一個線程對其進行操作。因此，在高并發應用中，它的性能表現要遠遠低于 LinkedBlockingQueue，更要低于 ConcurrentLinkedQueue 。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的java 并发 set_高并发下的Java数据结构(List、Set、Map、Queue)的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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