【Java之多线程】让数据结构变得线程安全

最新推荐文章于 2024-07-16 13:10:32 发布

春风～十一载

最新推荐文章于 2024-07-16 13:10:32 发布

阅读量882

点赞数 18

分类专栏： JavaWeb 文章标签： java 数据结构安全

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Mubei1314/article/details/120826193

版权

JavaWeb 专栏收录该内容

20 篇文章

订阅专栏

本文详细探讨了如何在多线程环境下使ArrayList、队列（如阻塞队列和ConcurrentHashMap）和哈希表（如Hashtable与ConcurrentHashMap）变得线程安全，包括同步机制、CopyOnWriteArrayList的应用以及不同数据结构的优化策略。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

在之前数据结构的学习中，我们已经学过大部分集合类了，比如ArrayList，LinkedList， TreeMap等等。但这些集合类大部分都是线程不安全的，如果要使用并且确保其线程安全，那么就要做一些特殊的处理了，比如加锁。本篇内容将带大家一起去学习一些处理集合类，使其编程线程安全的方法。

一. 多线程环境下使用Arraylist

要在多线程环境下使用Arraylist这个集合类，使其变得线程安全，主要有以下几种方法：

使用同步机制synchronized或者ReentrantLock
使用synchronizedList，这个是Java标准库提供的一个基于 synchronized进行线程同步的List，会使Arraylist的一些关键操作都加锁（比如增删改查）
使用CopyOnWriteArrayList（写时拷贝），当一个数据只有一个线程写的时候，此时就只会有一份实例。但若又来一个线程写数据时，此时就会在原来的基础上，创建一个新的实例（副本），以确保线程安全
（1）优点：在读多写少的情况下，不需要去加锁竞争，性能会比较高
（2）缺点：占用的内存较多，且新写的数据不一定被读取到

二. 多线程环境下使用队列

在多线程环境中使用队列，为了确保线程的安全，通常使用阻塞队列。如：

ArrayBlockingQueue基于数组实现的阻塞队列
LinkedBlockingQueue基于链表实现的阻塞队列
PriorityBlockingQueue基于堆实现的带优先级的队列
TransferQueue只包含一个元素的队列

有关阻塞队列的知识大家可以看看博主之前写的文章哦：
Java之阻塞队列深度解析

三. 多线程环境下使用哈希表

在多线程环境下使用哈希表可以使用:Hashtable和ConcurrentHashMap，

1. Hashtable

在Java标准库中，为了确保线程安全，给:Hashtable的方法都加上了 synchronized关键字，部分方法如下：

public synchronized int size() {
        return count;
    }

    /**
     * Tests if this hashtable maps no keys to values.
     *
     * @return  <code>true</code> if this hashtable maps no keys to values;
     *          <code>false</code> otherwise.
     */
    public synchronized boolean isEmpty() {
        return count == 0;
    }

    /**
     * Returns an enumeration of the keys in this hashtable.
     *
     * @return  an enumeration of the keys in this hashtable.
     * @see     Enumeration
     * @see     #elements()
     * @see     #keySet()
     * @see     Map
     */
    public synchronized Enumeration<K> keys() {
        return this.<K>getEnumeration(KEYS);
    }

== Hashtable是直接针对 this对象本身加锁，一个 Hashtable实例是有一把锁，如果多线程访问同一个Hashtable并且并发修改它，此时锁冲突概率就比较高了。而size属性也是通过 synchronized 来控制同步，也是比较慢的。因此一旦触发扩容，就由该线程完成整个扩容过程。这个过程会涉及到大量的元素拷贝，效率会非常低：在这里插入图片描述

2. ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap进行了一系列的改进：

其锁对象是针对数组的每个元素进行加锁（针对每个哈希桶进行加锁）
ConcurrentHashMap针对修改的操作，使用的是粒度更小的锁并且对每个哈希桶进行加锁，大大降低了锁冲突概率
针对读的操作，没有进行加锁，而是直接使用volatile
ConcurrentHashMap更充分利用了CAS特性，比如获取/修改size属性或元素个数，避免出现重量级锁的情况
优化了扩容方式，若是插入操作触发了扩容，不是一下子扩容完，而是一部分一部分扩容，保证每次扩容操作不会太慢

3. 注意

ConcurrentHashMap在jdk1.8做了一些优化取消了分段锁，直接给每个哈希桶(每个链表)分配了一个锁(就是以每个链表的头结点对象作为锁对象)。并将原来数组 + 链表的实现方式改进成数组+链表/红黑树的方式，当链表较长的时候(大于等于8个元素)就转换成红黑树
HashMap是线程不安全的，key值允许为null
Hashtable是线程安全的，使用synchronized锁Hashtable对象，效率较低，且key值不允许为 null。ConcurrentHashMap是线程安全的，使用synchronized，锁每个链表头结点，锁冲突概率低，充分利用了CAS机制，优化了扩容方式，且key值不允许为null