Java并发容器和Java线程池

ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap是线程安全且高效的HashMap

为什么要用ConcurrentHashMap呢？

因为在并发编程中使用HashMap可能会导致程序死循环，而使用线程安全的HashTable效率又非常低下

1. HashMap

   在多线程环境下，因为有并发状况，所以不能使用HashMap。HashMap在并发执行put操作时会引起死循环，这是因为多线程会导致HashMap的Entry链表形成环形数据结构

2. HashTable使用synchonrized来保证线程安全，所以效率低下

3. ConcurrentHashMap的锁分段技术可有效提高并发访问率

ConcurrentHashMap的结构

1.8中加入了红黑树，树查询的效率更高

ConcurrentHashMap是由Segment数组结构和HashEntry数组结构组成

Segment是一种可重入锁，在ConcurrentHashMap里扮演锁的角色

HashEntry则用于存储键值对数据，是一种数组和链表结构

要对HashEntry数组的数据进行修改首先要获得对应的Segment锁

ConcurrentHashMap操作

ConcurrentHashMap的三种操作get，put和size

1. get操作

   实现非常简单，先经过一次再散列，然后使用这个散列值通过散列运算定位到Segment，再通过散列算法定位到元素。

   高效之处时整个get操作不需要加锁，除非读到的值是空才会加锁重读。因为它的get方法将要使用的共享变量都定义成volatile类型，能够再线程之间保持可见性，能够被多线程同时读，并且保证不会读到过期的值

2. put操作

   在操作共享变量时必须加锁。put方法首先定位到Segment，然后在Segment里进行插入操作。插入操作需要经历两个步骤：第一步是判断是否需要对Segment里的HashEntry数组进行扩容，第二步定位添加元素的位置，然后将其放在HashEntry数组里

3. size操作

   统计所有Segment里元素的大小后求和

Java中的阻塞队列

如果要实现一个线程安全的队列有两种方式：一种是使用阻塞算法，另一种是使用非阻塞算法。

使用阻塞算法的队列可以用一个锁或两个锁实现

使用非阻塞算法的队列则可以使用循环CAS的方式来实现

什么是阻塞队列？

阻塞队列是一个支持两个附加操作的队列，这两个附加的操作支持阻塞的插入和移除方法

1. 支持阻塞的插入方法：当队列满时，队列会阻塞插入元素的线程，直到队列不满
2. 支持阻塞的移除方法：在队列为空时，获取元素的线程会等待队列变成非空

阻塞队列常用于生产者和消费者的场景，生产者存放元素，消费者获取元素

• BlockingQueue阻塞队列
  • 阻塞队列是局由自动阻塞功能的队列，线程安全；take方法移除队头，若队列无数据则阻塞直到有数据；put方法插入元素，如果队列已满就无法继续插入则阻塞直到队列里有了空闲空间
  • ArrayBlockQueue
    • 有界可指定容量、可公平
    • Put源码加锁，可中断的上锁方法。没满才可以入队，否则一直await等待。
  • LinkedBlockingQueue
    • 无界容量为MAX_VALUE，内部结构Node
    • 使用了两把锁take锁和put锁互补干扰
  • PriorityBlockingQueue
    • 支持优先级，无界队列
  • SynchronousQueue
    • 直接传递的队列，容量0，效率高线程池的CacheExecutorPool使用其作为工作队列
  • DelayQueue
    • 无界队列，根据延迟时间排序

线程池

好处：

• 降低资源消耗
• 提高响应速度
• 提高线程的可管理性

实现原理

1. 线程池判断核心线程池是否都在执行任务，如果不是，则创建一个新的工作线程来执行任务，如果核心线程池里的线程都在执行任务，则进入到下一个流程
2. 线程池判断工作队列是否已经满。如果队列没有满，则将新提交的任务存储在这个工作队列里，如果工作队列满，则进入下一个流程
3. 线程池判断线程池的线程是否都处于工作状态，如果没有，则创建新的工作线程来执行任务，如果已经满了，则交给饱和策略来处理这个任务

线程池的使用

线程池的创建

需要输入几个参数

1. corePoolSize(线程池的基本大小)：当提交一个任务到线程池时，线程池会创建一个线程来执行任务，即使其他空闲的基本线程能够执行新任务也会创建线程，等到需要执行的任务数大于线程池基本大小时就不再创建了
2. runnableTaskQueue(任务队列)：用于保存等待执行的任务的阻塞队列，可以选择上面列出的阻塞队列
3. maximumPoolSize(线程池最大数量)：线程池允许创建的最大线程数
4. ThreadFactory：用于创建线程的工厂
5. RejectedExecutionHandler(饱和策略)：当队列和线程池都满了，说明线程池处于饱和状态，那么必须采用一种策略处理提交的新任务

向线程池提交任务

1. execute()：用于提交不需要返回值的任务，所以无法判断是否执行成功
2. submit()：用于提交需要返回值的任务

关闭线程池

使用shutdown或shutdownNow来关闭线程池。他们的原理是遍历线程池的工作线程，然后组个嗲用线程的interrupt方法来中断线程

线程池的监控

• taskCount：线程池需要执行的任务数量
• completedTaskCount：线程池在运行过程中已完成的任务数量，小于或等于taskCount
• largestPoolSize：线程池里曾经创建过的最大线程数量
• getPoolSize：线程池的线程数量
• getActiveCount：获取活动的线程数