这篇文章主要讲解了“Java并发容器的介绍和使用”,文中的讲解内容简单清晰,易于学习与理解,下面请大家跟着小编的思路慢慢深入,一起来研究和学习“Java并发容器的介绍和使用”吧!
前面我们介绍了同步容器,它的很大一个缺点就是在高并发下的环境下,性能差;
针对这个,于是就有了专门为高并发设计的并发容器类;
因为并发容器类都位于java.util.concurrent
下,所以我们也习惯把并发容器简称为JUC容器;
相对应的还有JUC原子类、JUC锁、JUC工具类等等(这些后面再介绍)
今天就让我们简单来了解下JUC中并发容器的相关知识点
文章如果有问题,欢迎大家批评指正,在此谢过啦
什么是并发容器
为什么会有并发容器
并发容器、同步容器、普通容器的区别
并发容器是针对高并发专门设计的一些类,用来替代性能较低的同步容器
常见的并发容器类如下所示:
这节我们主要以第一个ConcurrentHashMap
为例子来介绍并发容器
其他的以后有空会单独开篇分析
其实跟同步容器的出现的道理是一样的:
同步容器是为了让我们在编写多线程代码时,不用自己手动去同步加锁,为我们解放了双手,去做更多有意义的事情(有意义?双手?);
而并发容器则又是为了提高同步容器的性能,相当于同步容器的升级版;
这也是为什么Java一直在被人唱衰,却又一直没有衰退的原因(大佬们也很焦虑啊!!!);
不过话说回来,大佬们焦虑地有点过头了;不敢想Java现在都升到16级了,而我们始终还在8级徘徊。
这里的普通容器,指的是没有同步和并发的容器类,比如HashMap
三个对比着来介绍,这样会更加清晰一点
下面我们分别以HashMap
, HashTable
, ConcurrentHashMap
为例来介绍
下面我们来分析下他们三个之间的性能区别:
注:这里普通容器用的是单线程来测试的,因为多线程不安全,所以我们就不考虑了
有的朋友可能会说,你这不公平啊,可是没办法呀,谁让她多线程不安全呢。
如果非要让我在安全和性能之间选一个的话,那我选 ConcurrentHashMap(我都要)
他们三个之间的关系,如下图
(红色表示堵的厉害,橙色表示堵的一般,绿色表示畅通)
可以看到:
在单线程中操作普通容器时,代码都是串行执行的,同一时刻只能put或get一个数据到容器中
在多线程中操作同步容器时,可以多个线程排队去执行,同一时刻也是只能put或get一个数据到同步容器中
在多线程中操作并发容器时,可以多个线程同时去执行,也就是说同一时刻可以有多个线程去put或get多个数据到并发容器中(可同时读读,可同时读写,可同时写写-有可能会阻塞,这里是以ConcurrentHashMap为参考)
下面我们用代码来复现下上面图中所示的效果(慢-中-快)
HashMap 测试方法
public static void hashMapTest(){ Map<String, String> map = new HashMap<>(); long start = System.nanoTime(); // 创建10万条数据 单线程 for (int i = 0; i < 100_000; i++) { // 用UUID作为key,保证key的唯一 map.put(UUID.randomUUID().toString(), String.valueOf(i)); map.get(UUID.randomUUID().toString()); } long end = System.nanoTime(); System.out.println("hashMap耗时:"); System.out.println(end - start); }
HashTable 测试方法
public static void hashTableTest(){ Map<String, String> map = new Hashtable<>(); long start = System.nanoTime(); // 创建10个线程 - 多线程 for (int i = 0; i < 10; i++) { new Thread(()->{ // 每个线程创建1万条数据 for (int j = 0; j < 10000; j++) { // UUID保证key的唯一性 map.put(UUID.randomUUID().toString(), String.valueOf(j)); map.get(UUID.randomUUID().toString()); } }).start(); } // 这里是为了等待上面的线程执行结束,之所以判断>2,是因为在IDEA中除了main thread,还有一个monitor thread while (Thread.activeCount()>2){ Thread.yield(); } long end = System.nanoTime(); System.out.println("hashTable耗时:"); System.out.println(end - start); }
concurrentHashMap 测试方法
public static void concurrentHashMapTest(){ Map<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>(); long start = System.nanoTime(); // 创建10个线程 - 多线程 for (int i = 0; i < 10; i++) { new Thread(()->{ // 每个线程创建1万条数据 for (int j = 0; j < 10000; j++) { // UUID作为key,保证唯一性 map.put(UUID.randomUUID().toString(), String.valueOf(j)); map.get(UUID.randomUUID().toString()); } }).start(); } // 这里是为了等待上面的线程执行结束,之所以判断>2,是因为在IDEA中除了main thread,还有一个monitor thread while (Thread.activeCount()>2){ Thread.yield(); } long end = System.nanoTime(); System.out.println("concurrentHashMap耗时:"); System.out.println(end - start); }
main 方法分别执行上面的三个测试
public static void main(String[] args) { hashMapTest(); hashTableTest(); while (Thread.activeCount()>2){ Thread.yield(); } concurrentHashMapTest(); }
运行可以看到,如下结果(运行多次,数值可能会变好,但是规律基本一致)
hashMap耗时: 754699874 (慢) hashTable耗时: 609160132(中) concurrentHashMap耗时: 261617133(快)
结论就是,正常情况下的速度:普通容器 < 同步容器 < 并发容器
但是也不那么绝对,因为这里插入的key都是唯一的,所以看起来正常一点
那如果我们不正常一点呢?比如极端到BT的那种
下面我们就不停地插入同一条数据,上面的所有put/get都改为下面的代码:
map.put("a", "a"); map.get("a");
运行后,你会发现,又是另外一个结论(大家感兴趣的可以敲出来试试)
不过结论不结论的,意义不是很大;
普通容器没锁
同步容器中锁的都是方法级别,也就是说锁的是整个容器,我们先来看下HashTable的锁
public synchronized V put(K key, V value) {} public synchronized V remove(Object key) {}
可以看到:因为锁是内置锁,锁住的是整个容器
所以我们在put的时候,其他线程都不能put/get
而我们在get的时候,其他线程也都不能put/get
所以同步容器的效率会比较低
并发容器,我们以1.7的ConcurrentHashMap为例来说下(之所以选1.7,是因为它里面涉及的内容都是前面章节介绍过的)
它的锁粒度很小,它不会给整个容器上锁,而是分段上锁;
分段的依据就是key.hash,根据不同的hash值映射到不同的段(默认16个段),然后插入数据时,根据这个hash值去给对应的段上锁,此时其他段还是可以被其他线程读写的;
所以这就是文章开头所说的,为啥ConcurrentHashMap会支持多个线程同时写(因为只要插入的key的hashCode不会映射到同一个段里,那就不会冲突,此时就可以同时写)
读因为没有上锁,所以当然也支持同时读
如果读操作没有锁,那么它怎么保证数据的一致性呢?
答案就是以前介绍过的volatile(保证可见性、禁止重排序),它修饰在节点Node和值val上,保证了你get的值永远是最新的
下面是ConcurrentHashMap部分源码,可以看到val和net节点都是volatile类型
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> { final int hash; final K key; volatile V val; volatile Node<K,V> next; }
总结下来就是:并发容器ConcurrentHashMap中,多个线程可同时读,多个线程可同时写,多个线程同时读和写
什么是并发容器:并发容器是针对高并发专门设计的一些类,用来替代性能较低的同步容器
为什么会有并发容器:为了提高同步容器的性能
并发容器、同步容器、普通容器的区别:
性能:高 - 中 - 低
锁:粒度小 - 粒度大 - 无
场景:高并发 - 中并发 - 单线程
感谢各位的阅读,以上就是“Java并发容器的介绍和使用”的内容了,经过本文的学习后,相信大家对Java并发容器的介绍和使用这一问题有了更深刻的体会,具体使用情况还需要大家实践验证。这里是亿速云,小编将为大家推送更多相关知识点的文章,欢迎关注!
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