《Java并發(fā)編程實(shí)戰(zhàn)》學(xué)習(xí)筆記--同步容器類
前面介紹了同步容器類屋吨，下面來說說并發(fā)容器類。
- 同步容器類：將所有對容器的訪問都串行化以實(shí)現(xiàn)它們的線程安全性棘劣。但是這樣嚴(yán)重降低了并發(fā)性俏让，當(dāng)多個線程競爭容器的鎖時吞吐量將降低；
- 并發(fā)容器類：并發(fā)容器是針對多個線程并發(fā)訪問設(shè)計(jì)的茬暇。通過并發(fā)容器來代替同步容器首昔，可以極大地提高伸縮性并降低風(fēng)險。
并發(fā)容器背景介紹
Java提供了多種并發(fā)容器來改進(jìn)同步容器的性能：
- ConcurrentHashMap用來替代同步且基于散列的Map糙俗；
- CopyOnWriteArrayList用于在遍歷操作為主要支持的情況下代替同步的List勒奇。
- 在ConcurrentMap接口中包含了對一些常見復(fù)合操作的支持，例如“若沒有則添加”巧骚、替換以及有條件刪除等赊颠。
在Java中，有這樣兩種容器類型：Queue和BlockQueue劈彪。
Queue用來臨時保存一組等待處理的元素竣蹦。它提供了以下幾種實(shí)現(xiàn)：
- ConcurrentLinkedQueue，這是一個傳統(tǒng)的先進(jìn)先出的隊(duì)列沧奴；
- PriorityQueue痘括，這是一個（非并發(fā)的）優(yōu)先隊(duì)列。
Queue上的操作不會阻塞滔吠，如果隊(duì)列為空纲菌，那么獲取元素的操作就會返回空值。
BlockingQueue擴(kuò)展了Queue屠凶，增加了可阻塞的插入和獲取操作驰后。如果隊(duì)列為空，那么獲取元素的操作將一直阻塞矗愧，直到隊(duì)列中出現(xiàn)了一個可用的元素灶芝。如果隊(duì)列已滿（對于有界隊(duì)列來說）郑原，那么插入元素的操作將一直阻塞，直到隊(duì)列中出現(xiàn)可用的空間夜涕。
ConcurrentHashMap
同步容器類在執(zhí)行每個操作期間都擁有一個鎖犯犁。在某些操作中，例如HashMap.get或List.contains女器，可能包含大量的工作：當(dāng)遍歷散列桶或者是鏈表來查找特定的對象時酸役，必須在許多元素上調(diào)用equals（而equals還包含一定的計(jì)算量）。在基于散列的容器中驾胆，如果hashCode不能均勻地分布散列值涣澡，那么容器中的元素就不會均勻地分布在整個容器中。某些情況下丧诺，糟糕的散列函數(shù)還可能把一個散列表變成線性鏈表入桂。這樣一來，當(dāng)遍歷很長的鏈表并且在某些或者是全部元素上調(diào)用equals方法時驳阎，會花費(fèi)很長的時間抗愁。而其他線程在這段時間內(nèi)都不能訪問該容器。
同HashMap一樣呵晚，ConcurrentHashMap也是一個基于散列的Map蜘腌。但它采用了一種完全不同的加鎖策略來提供更高的并發(fā)性和伸縮性。ConcurrentHashMap不是把每個方法都在同一個鎖上同步并使得每次只有一個線程訪問容器饵隙。而是使用一種力度更細(xì)的加鎖機(jī)制來實(shí)現(xiàn)更大程度的共享----這種加鎖機(jī)制稱為分段鎖（Lock Striping）撮珠。在此機(jī)制中，任意數(shù)量的讀取線程可以并發(fā)地訪問Map癞季，執(zhí)行讀取操作的線程和執(zhí)行寫入操作的線程可以在并發(fā)環(huán)境下將實(shí)現(xiàn)更高的吞吐量劫瞳，而在單線程環(huán)境中只損失了非常小的性能。
ConcurrentHashMap與其他并發(fā)容器一起增強(qiáng)了同步容器類：它們提供的迭代器不會拋出ConcurrentModificationException绷柒，因此不需要再迭代過程中對容器加鎖志于。ConcurrentHashMap返回的迭代器具有弱一致性（Weakly Consistent），而并非“及時失敗”废睦。弱一致性的容器可以容忍并發(fā)的修改伺绽，當(dāng)創(chuàng)建迭代器時會遍歷已有的元素，并可以但不保證在迭代器被構(gòu)造后將修改操作反映給容器嗜湃。
還有要注意的就是奈应，size以及isEmpty方法在并發(fā)環(huán)境下的用處很小，因?yàn)樗鼈兊姆祷刂稻哂兄T多不確定性购披。因此這些操作的需求被弱化的杖挣，換取對其他更重要操作的性能優(yōu)化，包括get刚陡、put惩妇、containsKey和remove等株汉。
在大多數(shù)情況下，用ConcurrentHashMap來代替同步Map可以進(jìn)一步提高代碼的可伸縮性歌殃。
只有當(dāng)應(yīng)用程序需要加鎖Map以進(jìn)行獨(dú)占訪問時乔妈，才應(yīng)該放棄使用ConcurrentHashMap。
額外的原子Map操作
由于ConcurrentHashMap不能被加鎖來執(zhí)行獨(dú)占訪問氓皱，因此我們無法使用客戶端加鎖來創(chuàng)建新的原子操作路召。但是一些常用的符合操作，例如“Put-If-Absent”波材、“Remove-If-Equal”股淡、“Replace-If-Equal”等，都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)為原子操作并在ConcurrentMap接口（ConcurentHashMap類就實(shí)現(xiàn)了此接口）中聲明各聘，如果需要在現(xiàn)有的同步Map中添加這樣的功能揣非，就可以考慮使用ConcurrentMap了。
CopyOnWriteArrayList
CopyOnWriteArrayList用于替代同步List躲因，在某些情況下它提供了更好的并發(fā)性能，并且在迭代期間不需要對容器進(jìn)行加鎖或者是復(fù)制忌傻。（類似地大脉，CopyOnWriteArraySet的作用是替代同步Set）
“寫入時復(fù)制（Copy-On-Write）”容器的線程安全性在于只要正確地發(fā)布一個事實(shí)不可變的對象，那么在訪問該對象的時候就不再需要進(jìn)一步的同步水孩。在每次修改的時候镰矿，都會創(chuàng)建并重新發(fā)布一個新的容器副本，從而實(shí)現(xiàn)可變性俘种。
“寫入時復(fù)制”容器的迭代器保留一個指向底層基礎(chǔ)數(shù)組的引用秤标，這個數(shù)組當(dāng)前位于迭代器的起始位置，由于它不會被修改宙刘，因此在對其進(jìn)行同步時只需確保數(shù)組內(nèi)容的可見性苍姜。因此，多個線程可以同時對此容器進(jìn)行迭代悬包，而不會彼此干擾或者與修改容器的線程相互干擾衙猪。“寫入時復(fù)制”容器返回的迭代器不會拋出ConcurrentModificationException布近，并且返回的元素與迭代器創(chuàng)建時的元素一致垫释，而不用考慮之后修改操作所帶來的影響。
顯然每當(dāng)修改容器時都會復(fù)制底層數(shù)組撑瞧，這需要一定的開銷棵譬，特別是當(dāng)容器的規(guī)模較大時。僅當(dāng)?shù)僮鬟h(yuǎn)遠(yuǎn)多于修改操作時预伺，才應(yīng)該使用“寫入時復(fù)制”容器订咸。這個準(zhǔn)則很好地描述了時間通知系統(tǒng)：在分發(fā)通知時需要迭代已注冊監(jiān)聽器鏈表琅束，并調(diào)用每一個監(jiān)聽器，在大多數(shù)情況下算谈，注冊和注銷事件監(jiān)聽器的操作遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于接收事件通知的操作涩禀。
