【Java并发编程二】Java并发包

1.Java容器

1.1.同步容器

Vector

ArrayList是最常用的List实现类，内部是通过数组实现的，它允许对元素进行快速随机访问。数组的缺点是每个元素之间不能有间隔，当数组大小不满足时需要增加存储能力，就要讲已经有数组的数据复制到新的存储空间中。当从ArrayList的中间位置插入或者删除元素时，需要对数组进行复制、移动、代价比较高。因此，它适合随机查找和遍历，不适合插入和删除。

Vector与ArrayList一样，也是通过数组实现的，不同的是它支持线程的同步，即某一时刻只有一个线程能够写Vector，避免多线程同时写而引起的不一致性，但实现同步需要很高的花费，因此，访问它比访问ArrayList慢

注意: Vector线程安全，数组的扩容默认2倍，可以自定义。而ArrayList数组的扩容是1.5倍

Vector源码类

Add方法源码类

     public synchronized boolean add(E e) {

         modCount++;

         ensureCapacityHelper(elementCount + 1);

         elementData[elementCount++] = e;

         return true;

     }

Arraylist源码

Add方法源码

    public boolean add(E e) {

         ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!

         elementData[size++] = e;

         return true;

     }

HashTable

HashMap是一个接口是map接口的子接口，是将键映射到值的对象，其中键和值都是对象，并且不能包含重复键，但可以包含重复值。HashMap允许null key和null value，而hashtable不允许。

HashTable是线程安全的一个Collection。

HashMap是Hashtable的轻量级实现（非线程安全的实现），他们都完成了Map接口，主要区别在于HashMap允许空（null）键值（key）,由于非线程安全，效率上可能高于Hashtable。

HashMap允许将null作为一个entry的key或者value，而Hashtable不允许。
HashMap把Hashtable的contains方法去掉了，改成containsvalue和containsKey。

注意: HashTable 是线程安全的，HashMap是线程不安全的

HashTable源码类

put方法源码类

  public synchronized V put(K key, V value) {

         // Make sure the value is not null

         if (value == null) {

             throw new NullPointerException();

         }

         // Makes sure the key is not already in the hashtable.

         Entry<?,?> tab[] = table;

         int hash = key.hashCode();

         int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;

         @SuppressWarnings("unchecked")

         Entry<K,V> entry = (Entry<K,V>)tab[index];

         for(; entry != null ; entry = entry.next) {

             if ((entry.hash == hash) && entry.key.equals(key)) {

                 V old = entry.value;

                 entry.value = value;

                 return old;

             }

         }

         addEntry(hash, key, value, index);

         return null;

     }

HashMap源码类

put方法源码类

     public V put(K key, V value) {

         return putVal(hash(key), key, value, false, true);

     }

Collections.synchronized*()

Collections类下的synchronized* 方法可以将不安全的集合变成线程安全的集合

例如：

 Collections.synchronizedMap(new HashMap<>(10));

 Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());

 Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());

1.2.并发容器

ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap与HashMap一样是一个哈希表，但是它使用完全不同的锁策略，可以提供更好的并发性和可伸缩性。在ConcurrentHashMap以前，程序使用一个公共锁同步一个方法，并严格地控制只能在一个线程中可以同时访问容器，而ConcurrentHashMap使用一个更为细化的锁机制，名叫分离锁。这个机制允许任意数量的读线程可以并发访问Map，读者和写者也可以并发访问Map，并且有限数量的写进程还可以并发修改Map，结果是为并发访问带来更高的吞吐量，同时几乎没有损失单个线程访问的性能。

　　ConcurrentHashMap是由Segment数组结构和HashEntry数组结构组成。Segment是一种可重入锁ReentrantLock，在ConcurrentHshMap里扮演锁的角色，HashEntry则用于存储键值对数据。一个ConcurrentHashMap里包含一个Segment数组，Segment的结构和HashMap类似，是一种数组和链表结构，一个Segment里包含一个HashEntry数组，每一个HashEntry是一个链表结构的元素，每个Segment守护着HashEntry数组里的元素，当对HashEntry数组的数据进行修改时，必须首先获得它对应的Segment的锁。

注意:ConcurrentHashMap是线程安全的，由于代码中大多数全局变量使用volatile关键字声明，所以性能较好

ConcurrentSkipListMap

ConcurrentSkipListMap是在ConcurrentHashMap的基础上，增加了排序功能

2.Java并发队列

2.1.ConcurrentLinkedQueue

ConcurrentLinkedQueue:是一个适用于高并发场景下的队列，通过无所的方式，实现了高并发状态下的高性能，通常ConcurrentLinkedQueue性能好于BlockingQueue。他是一个基于连接节点的无界线程安全队列。该队列的线程遵循FIFO的原则，不允许null元素。

add 和offer() 都是加入元素的方法(在ConcurrentLinkedQueue中这俩个方法没有任何区别)
poll() 和peek() 都是取头元素节点，区别在于前者会删除元素，后者不会。

2.2.BlockingQueue

阻塞队列（BlockingQueue）是一个支持两个附加操作的队列。这两个附加的操作是：

在队列为空时，获取元素的线程会等待队列变为非空。

当队列满时，写入（存储）元素的线程会等待队列可用。

在Java中，BlockingQueue的接口位于java.util.concurrent 包中(在Java5版本开始提供)，由上面介绍的阻塞队列的特性可知，阻塞队列是线程安全的。

在新增的Concurrent包中，BlockingQueue很好的解决了多线程中，如何高效安全“传输”数据的问题。通过这些高效并且线程安全的队列类，为我们快速搭建高质量的多线程程序带来极大的便利。本文详细介绍了BlockingQueue家庭中的所有成员，包括他们各自的功能以及常见使用场景。

常用的队列主要有以下两种：（当然通过不同的实现方式，还可以延伸出很多不同类型的队列，DelayQueue就是其中的一种）

　　先进先出（FIFO）：先插入的队列的元素也最先出队列，类似于排队的功能。从某种程度上来说这种队列也体现了一种公平性。

　　后进先出（LIFO）：后插入队列的元素最先出队列，这种队列优先处理最近发生的事件。

多线程环境中，通过队列可以很容易实现数据共享，比如经典的“生产者”和“消费者”模型中，通过队列可以很便利地实现两者之间的数据共享。假设我们有若干生产者线程，另外又有若干个消费者线程。如果生产者线程需要把准备好的数据共享给消费者线程，利用队列的方式来传递数据，就可以很方便地解决他们之间的数据共享问题。但如果生产者和消费者在某个时间段内，万一发生数据处理速度不匹配的情况呢？理想情况下，如果生产者产出数据的速度大于消费者消费的速度，并且当生产出来的数据累积到一定程度的时候，那么生产者必须暂停等待一下（阻塞生产者线程），以便等待消费者线程把累积的数据处理完毕，反之亦然。然而，在concurrent包发布以前，在多线程环境下，我们每个程序员都必须去自己控制这些细节，尤其还要兼顾效率和线程安全，而这会给我们的程序带来不小的复杂度。好在此时，强大的concurrent包横空出世了，而他也给我们带来了强大的BlockingQueue。（在多线程领域：所谓阻塞，在某些情况下会挂起线程（即阻塞），一旦条件满足，被挂起的线程又会自动被唤醒）

ArrayBlockingQueue

ArrayBlockingQueue是一个有边界的阻塞队列，它的内部实现是一个数组。有边界的意思是它的容量是有限的，我们必须在其初始化的时候指定它的容量大小，容量大小一旦指定就不可改变。

ArrayBlockingQueue是以先进先出的方式存储数据，最新插入的对象是尾部，最新移出的对象是头部。下面是一个初始化和使用ArrayBlockingQueue的例子：

LinkedBlockingQueue

LinkedBlockingQueue阻塞队列大小的配置是可选的，如果我们初始化时指定一个大小，它就是有边界的，如果不指定，它就是无边界的。说是无边界，其实是采用了默认大小为Integer.MAX_VALUE的容量。它的内部实现是一个链表。

和ArrayBlockingQueue一样，LinkedBlockingQueue 也是以先进先出的方式存储数据，最新插入的对象是尾部，最新移出的对象是头部。

PriorityBlockingQueue

PriorityBlockingQueue是一个没有边界的队列，它的排序规则和 java.util.PriorityQueue一样。需要注意，PriorityBlockingQueue中允许插入null对象。

所有插入PriorityBlockingQueue的对象必须实现 java.lang.Comparable接口，队列优先级的排序规则就是按照我们对这个接口的实现来定义的。

另外，我们可以从PriorityBlockingQueue获得一个迭代器Iterator，但这个迭代器并不保证按照优先级顺序进行迭代。

SynchronousQueue

SynchronousQueue队列内部仅允许容纳一个元素。当一个线程插入一个元素后会被阻塞，除非这个元素被另一个线程消费。