作者:汤圆
集体博客:javalover.cc
前言
断断续续一个多月,也写了十几篇原创文章,感觉真的很不一样;
不能说技术有很大的提高,然而想法的确跟以前有所不同;
还没开始的时候,想着要学的货色太多,总感觉无从下手;
然而当你真正下定决心去做了几天后,就会发现 原来路真的是一步步走进去的;
如果总是原地踏步东张西望,对本人不会有帮忙;
好了,上面开始明天的话题,并发容器篇
简介
后面咱们介绍了同步容器,它的很大一个毛病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,所以咱们也习惯把并发容器简称为 JUC 容器;
绝对应的还有 JUC 原子类、JUC 锁、JUC 工具类等等(这些前面再介绍)
明天就让咱们简略来理解下 JUC 中并发容器的相干知识点
文章如果有问题,欢送大家批评指正,在此谢过啦
目录
- 什么是并发容器
- 为什么会有并发容器
- 并发容器、同步容器、一般容器的区别
注释
1. 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,用来代替性能较低的同步容器
常见的并发容器类如下所示:
这节咱们次要以第一个 ConcurrentHashMap
为例子来介绍并发容器
其余的当前有空会独自开篇剖析
2. 为什么会有并发容器
其实跟同步容器的呈现的情理是一样的:
同步容器是为了让咱们在编写多线程代码时,不必本人手动去同步加锁,为咱们解放了双手,去做更多有意义的事件(有意义?双手?);
而并发容器则又是为了进步同步容器的性能,相当于同步容器的升级版;
这也是为什么 Java 始终在被人唱衰,却又始终没有消退的起因(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 当初都升到 16 级了,而咱们始终还在 8 级彷徨。
3. 并发容器、同步容器、一般容器的区别
这里的一般容器,指的是没有同步和并发的容器类,比方 HashMap
三个比照着来介绍,这样会更加清晰一点
上面咱们别离以 HashMap
, HashTable
, ConcurrentHashMap
为例来介绍
性能剖析
上面咱们来剖析下他们三个之间的性能区别:
注:这里一般容器用的是单线程来测试的,因为多线程不平安,所以咱们就不思考了
有的敌人可能会说,你这不偏心啊,可是没方法呀,谁让她多线程不平安呢。
如果非要让我在平安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
(红色示意堵的厉害,橙色示意堵的个别,绿色示意畅通)
能够看到:
- 在 单线程 中操作 一般容器 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,能够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,能够多个线程同时去执行,也就是说同一时刻能够有多个线程去 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)
上面咱们用代码来复现下下面图中所示的成果(慢 - 中 - 快)
- HashMap 测试方法
public static void hashMapTest(){Map<String, String> map = new HashMap<>();
long start = System.nanoTime();
// 创立 10 万条数据 单线程
for (int i = 0; i < 100_000; i++) {
// 用 UUID 作为 key, 保障 key 的惟一
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();
// 创立 10 个线程 - 多线程
for (int i = 0; i < 10; i++) {new Thread(()->{
// 每个线程创立 1 万条数据
for (int j = 0; j < 10000; j++) {
// UUID 保障 key 的唯一性
map.put(UUID.randomUUID().toString(), String.valueOf(j));
map.get(UUID.randomUUID().toString());
}
}).start();}
// 这里是为了期待下面的线程执行完结,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();
// 创立 10 个线程 - 多线程
for (int i = 0; i < 10; i++) {new Thread(()->{
// 每个线程创立 1 万条数据
for (int j = 0; j < 10000; j++) {
// UUID 作为 key,保障唯一性
map.put(UUID.randomUUID().toString(), String.valueOf(j));
map.get(UUID.randomUUID().toString());
}
}).start();}
// 这里是为了期待下面的线程执行完结,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 办法别离执行下面的三个测试
public static void main(String[] args) {hashMapTest();
hashTableTest();
while (Thread.activeCount()>2){Thread.yield();
}
concurrentHashMapTest();}
运行能够看到,如下后果(运行屡次,数值可能会变好,然而法则基本一致)
hashMap 耗时:754699874 (慢)
hashTable 耗时:609160132(中)concurrentHashMap 耗时:261617133(快)
论断就是,失常状况下的速度:一般容器 < 同步容器 < 并发容器
然而也不那么相对,因为这里插入的 key 都是惟一的,所以看起来失常一点
那如果咱们不失常一点呢?比方极其到 BT 的那种
上面咱们就不停地插入同一条数据,下面的所有 put/get 都改为上面的代码:
map.put("a", "a");
map.get("a");
运行后,你会发现,又是另外一个论断(大家感兴趣的能够敲进去试试)
不过论断不论断的,意义不是很大;
锁剖析
一般容器没锁
同步容器中锁的都是办法级别,也就是说锁的是整个容器,咱们先来看下 HashTable 的锁
public synchronized V put(K key, V value) {}
public synchronized V remove(Object key) {}
能够看到:因为锁是内置锁,锁 住的是 整个容器
所以咱们在put 的时候,其余线程都不能 put/get
而咱们在get 的时候,其余线程也都不能 put/get
所以 同步容器 的效率 会比拟 低
并发容器,咱们以 1.7 的 ConcurrentHashMap 为例来说下(之所以选 1.7,是因为它外面波及的内容都是后面章节介绍过的)
它的锁粒度很小,它不会给整个容器上锁,而是 分段上锁;
分段的根据就是 key.hash,依据不同的 hash 值映射到不同的段(默认 16 个段),而后插入数据时,依据这个 hash 值去给对应的段上锁,此时其余段还是能够被其余线程读写的;
所以这就是文章结尾所说的,为啥 ConcurrentHashMap 会反对多个线程同时写(因为只有插入的 key 的 hashCode 不会映射到同一个段里,那就不会抵触,此时就能够同时写)
读因为没有上锁,所以当然也反对同时读
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(保障可见性、禁止重排序),它润饰在节点 Node 和值 val 上,保障了你 get 的值永远是最新的
上面是 ConcurrentHashMap 局部源码,能够看到 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
总结
- 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,用来代替性能较低的同步容器
- 为什么会有并发容器:为了进步同步容器的性能
-
并发容器、同步容器、一般容器的区别:
- 性能:高 – 中 – 低
- 锁:粒度小 – 粒度大 – 无
- 场景:高并发 – 中并发 – 单线程
参考内容:
- 《Java 并发编程实战》
- 《实战 Java 高并发》
- 《深刻了解 Java 虚拟机》
后记
我这里介绍的都是比拟浅的货色,其实并发容器的常识深刻起来有很多;
然而因为这节是并发系列的比拟靠前的,还有很多货色没波及到,所以就剖析地比拟浅;
等到并发系列的内容都波及地差不多了,再回过头来深入分析。
写在最初:
愿你的意中人亦是中意你之人。