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Java多线程（四）---并发编程容器

news 2025/9/2 3:19:53

1.经常使用什么并发容器，为什么？

答：Vector、ConcurrentHashMap、HasTable

一般软件开发中容器用的最多的就是HashMap、ArrayList，LinkedList ，等等

但是在多线程开发中就不能乱用容器，如果使用了未加锁（非同步）的的集合，你的数据就会非常的混乱。由此在多线程开发中需要使用的容器必须是加锁（同步）的容器。

2. 什么是Vector

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，访问它比访问ArrayList慢很多（ 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。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。ArrayList的缺点是每个元素之间不能有间隔。）

3. ArrayList和Vector有什么不同之处？

Vector方法带上了synchronized关键字，是线程同步的

1. ArrayList添加方法源码

2. Vector添加源码（加锁了synchronized关键字）

4. 为什么HashTable是线程安全的？

因为HasTable的内部方法都被synchronized修饰了，所以是线程安全的。其他的都和HashMap一样

1. HashMap添加方法的源码

2. HashTable添加方法的源码

5.ConcurrentHashMap，讲一下他和HashTable的不同之处？

多线程环境可以使用Collections.synchronizedMap同步加锁的方式，还可以使用HashTable，但是同步的方式显然性能不达标，而ConurrentHashMap更适合高并发场景使用。

ConcurrentHashmap在JDK1.7和1.8的版本改动比较大，1.7使用Segment+HashEntry分段锁的方式实现，1.8则抛弃了Segment，改为使用CAS+synchronized+Node实现，同样也加入了红黑树，避免链表过长导致性能的问题。

1.7分段锁

从结构上说，1.7版本的ConcurrentHashMap采用分段锁机制，里面包含一个Segment数组，Segment继承与ReentrantLock，Segment则包含HashEntry的数组，HashEntry本身就是一个链表的结构，具有保存key、value的能力能指向下一个节点的指针。

实际上就是相当于每个Segment都是一个HashMap，默认的Segment长度是16，也就是支持16个线程的并发写，Segment之间相互不会受到影响。

put流程

其实发现整个流程和HashMap非常类似，只不过是先定位到具体的Segment，然后通过ReentrantLock去操作而已，后面的流程我就简化了，因为和HashMap基本上是一样的。

计算hash，定位到segment，segment如果是空就先初始化

使用ReentrantLock加锁，如果获取锁失败则尝试自旋，自旋超过次数就阻塞获取，保证一定获取锁成功

遍历HashEntry，就是和HashMap一样，数组中key和hash一样就直接替换，不存在就再插入链表，链表同样

get流程

get也很简单，key通过hash定位到segment，再遍历链表定位到具体的元素上，需要注意的是value是volatile的，所以get是不需要加锁的。

1.8CAS+synchronized

1.8抛弃分段锁，转为用CAS+synchronized来实现，同样HashEntry改为Node，也加入了红黑树的实现。主要还是看put的流程。

put流程

首先计算hash，遍历node数组，如果node是空的话，就通过CAS+自旋的方式初始化

如果当前数组位置是空则直接通过CAS自旋写入数据

如果hash==MOVED，说明需要扩容，执行扩容

如果都不满足，就使用synchronized写入数据，写入数据同样判断链表、红黑树，链表写入和HashMap的方式一样，key hash一样就覆盖，反之就尾插法，链表长度超过8就转换成红黑树

get查询

get很简单，通过key计算hash，如果key hash相同就返回，如果是红黑树按照红黑树获取，都不是就遍历链表获取。

6. Collections.synchronized * 是什么？

注意：* 号代表后面是还有内容的

此方法是干什么的呢，他完完全全的可以把List、Map、Set接口底下的集合变成线程安全的集合

Map<String, Object> synchronizedHashMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap<String, Object>());

7. SynchronizedMap 和 ConcurrentHashMap 有什么区别？

SynchronizedMap 一次锁住整张表来保证线程安全，所以每次只能有一个线程来访为 map。

ConcurrentHashMap 使用分段锁来保证在多线程下的性能。

ConcurrentHashMap 中则是一次锁住一个桶。ConcurrentHashMap 默认将hash 表分为 16 个桶，诸如 get，put，remove 等常用操作只锁当前需要用到的桶。这样，原来只能一个线程进入，现在却能同时有 16 个写线程执行，并发性能的提升是显而易见的。

另外 ConcurrentHashMap 使用了一种不同的迭代方式。在这种迭代方式中，当iterator 被创建后集合再发生改变就不再是抛出ConcurrentModificationException，取而代之的是在改变时 new新的数据从而不影响原有的数据，iterator 完成后再将头指针替换为新的数据，这样 iterator线程可以使用原来老的数据，而写线程也可以并发的完成改变。

8. CopyOnWriteArrayList 是什么?

CopyOnWriteArrayList 是一个并发容器。有很多人称它是线程安全的，我认为这句话不严谨，缺少一个前提条件，那就是非复合场景下操作它是线程安全的。

CopyOnWriteArrayList(免锁容器)的好处之一是当多个迭代器同时遍历和修改这个列表时，不会抛出 ConcurrentModificationException。在CopyOnWriteArrayList 中，写入将导致创建整个底层数组的副本，而源数组将保留在原地，使得复制的数组在被修改时，读取操作可以安全地执行。

9. CopyOnWriteArrayList 的使用场景?

合适读多写少的场景。

10. CopyOnWriteArrayList 的缺点?

由于写操作的时候，需要拷贝数组，会消耗内存，如果原数组的内容比较多的情况下，可能导致young gc 或者 full gc。

不能用于实时读的场景，像拷贝数组、新增元素都需要时间，所以调用一个 set 操作后，读取到数据可能还是旧的，虽然CopyOnWriteArrayList 能做到最终一致性,但是还是没法满足实时性要求。

由于实际使用中可能没法保证 CopyOnWriteArrayList 到底要放置多少数据，万一数据稍微有点多，每次 add/set 都要重新复制数组，这个代价实在太高昂了。在高性能的互联网应用中，这种操作分分钟引起故障。

11. CopyOnWriteArrayList 的设计思想?

读写分离，读和写分开

最终一致性

使用另外开辟空间的思路，来解决并发冲突

12. 常用的并发工具类有哪些？

CountDownLatch

CountDownLatch 类位于java.util.concurrent包下，利用它可以实现类似计数器的功能。比如有一个任务A，它要等待其他3个任务执行完毕之后才能执行，此时就可以利用CountDownLatch来实现这种功能了。

CyclicBarrier (回环栅栏)

CyclicBarrier它的作用就是会让所有线程都等待完成后才会继续下一步行动。

CyclicBarrier初始化时规定一个数目，然后计算调用了CyclicBarrier.await()进入等待的线程数。当线程数达到了这个数目时，所有进入等待状态的线程被唤醒并继续。

CyclicBarrier初始时还可带一个Runnable的参数，此Runnable任务在CyclicBarrier的数目达到后，所有其它线程被唤醒前被执行。

Semaphore (信号量)

Semaphore 是 synchronized 的加强版，作用是控制线程的并发数量（允许自定义多少线程同时访问）。就这一点而言，单纯的synchronized 关键字是实现不了的。