Java-JUC（四）：同步容器介绍

同步容器简介

针对容器我们知道有HashMap,HashTable，其中HashMap是一个非线程安全的，HashMap在并发执行put操作时会引起死循环，导致CPU利用率接近100%。因为多线程会导致HashMap的Node链表形成环形数据结构，一旦形成环形数据结构，Node的next节点永远不为空，就会在获取Node时产生死循环，而且死循环发生在发生在扩容时。

HashTable是线程安全的，但是在复合操作上会线程不安全的现象。

备注：

1）什么是复合操作？比如添加元素，需先判断是否元素存在，元素不存在时才添加。

2）hashtable是在插入和删除上都是索表的方式，因此效率特别低。

在jdk1.5之后提供java.util.concurrent包下的一些同步容器：java.util.concurrent.ConcurrentHashMap<K, V>。

ConcurrentHashMap性能讲解：

ConcurrentHashMap的性能要比HashTable性能高，而且高很多。

1）ConcurrentHashMap在jdk1.7之前采用了“锁分段”机制，默认把一个ConcurrentHashMap分为16个segment，每个segment下默认也是长度为16的哈希表，在每个哈希元素下是链表。这样就可默认每段有一个锁，一次可以最大并发操作16。

2）在jdk1.8之后ConcurrentHashMap采用CAS算法，可以把CAS算法错略的认为是无锁算法。

3）java.util.concurrent包还提供了设计用于多线程上下文中的Collection实现：ConcurrentHashMap、ConcurrentSkipListMap、ConcurrentSkipListSet、CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet。

4）当希望许多线程访问一个给定的Collection时

　　a）ConcurrentHashMap由于同步的HashMap；

　　b）ConcurrentSkipListMap通常优于同步的TreeMap；

5）当期望的读数和遍历远远大于列表的更新数时，CopyOnWriteArrayList优于同步的ArrayList。

CopyOnWriteArrayList的用法示例：

测试ArrayList并发读写：

package com.dx.juc.test;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.List;

public class CopyOnWriteTest {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new MyCopyOnWrite()).start();
    }
}

class MyCopyOnWrite implements Runnable {
    private static List<String> items = Collections.synchronizedList(new ArrayList<String>());

    static {
        items.add("A");
        items.add("B");
        items.add("C");
    }

    public void run() {
        for (String item : items) {
            System.out.println(item);
            items.add("D");
        }
    }

}

在执行时，抛出异常：

A
Exception in thread "Thread-0" java.util.ConcurrentModificationException
    at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:859)
    at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:831)
    at com.dx.juc.test.MyCopyOnWrite.run(CopyOnWriteTest.java:23)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

如果使用CopyOnWriteArrayList时，并不会抛出异常，原理是每次在写入时，会在底层拷贝一份新的数据，因此如果是写入时性能不高。

package com.dx.juc.test;

import java.util.Iterator;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

public class CopyOnWriteTest {
    public static void main(String[] args) {
        MyCopyOnWrite myCopyOnWrite = new MyCopyOnWrite();

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Thread(myCopyOnWrite).start();
        }
    }
}

class MyCopyOnWrite implements Runnable {
    private static CopyOnWriteArrayList<String> items = new CopyOnWriteArrayList<String>();

    static {
        items.add("A");
        items.add("B");
        items.add("C");
    }

    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":start");
        Iterator<String> iterator = items.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + iterator.next());
            items.add("D");
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":end");
    }

}