Java并发集合是专门为高并发多线程环境设计的,它们在Java的java.util.concurrent
包中定义,旨在提供高性能且线程安全的数据结构。以下是几个核心的并发集合类及其简要介绍:
ConcurrentHashMap: 这是一个线程安全的哈希表,它允许多个线程同时读取和写入,而不需要外部同步。相较于早期使用
synchronized
关键字锁整个集合的传统HashTable
,它的锁粒度更细,通常每个段(segment)或桶(bucket)独立上锁,从而提高了并发性能。它支持快速查找和插入操作。用途:这是一个高效的并发哈希映射实现,它是
HashMap
的并发版本。特点:它通过将数据划分为多个段(segments)来实现并发,每个段独立地进行锁定,从而允许多个线程同时读写不同的段,提高了并发性能。
ConcurrentLinkedQueue: 是一个基于链接节点的无界线程安全队列,遵循FIFO(先进先出)原则。它采用了高效的非阻塞算法实现,允许在多线程环境下高效地进行插入和删除操作,而不会引起阻塞。
用途:这是一个基于链表的并发双端队列,它是无界的非阻塞队列。
特点:它支持在队列的两端进行高效的插入和删除操作,同样使用 CAS 操作来实现线程安全。
BlockingQueue: 接口代表一个线程安全的队列,其特点是可以在队列为空时阻塞获取元素的线程,或者在队列满时阻塞尝试添加元素的线程。具体实现包括:
ArrayBlockingQueue
: 基于数组的固定大小阻塞队列。LinkedBlockingQueue
: 基于链表结构的可选限界的阻塞队列,默认无界。PriorityBlockingQueue
: 支持优先级排序的无界阻塞队列。DelayQueue
: 一种特殊的无界阻塞队列,其中的元素只有在延迟期满后才能被取出。SynchronousQueue
: 不存储元素的阻塞队列,每个put操作必须等待一个take操作,反之亦然。
CopyOnWriteArrayList:这个集合主要用于读多写少的场景。当需要修改集合时,它们会创建集合的一个副本进行修改,然后替换原来的引用,这样读操作就不会被写操作阻塞,但写操作成本较高。
用途:这是一个线程安全的动态数组,它是
ArrayList
的并发版本。特点:它通过在写操作时复制整个数组来实现线程安全。这意味着在写操作时,会创建一个新的数组副本,并在副本上进行修改,而读操作则直接在原始数组上进行。这种机制使得
CopyOnWriteArraySet: 这个集合主要用于读多写少的场景。当需要修改集合时,它们会创建集合的一个副本进行修改,然后替换原来的引用,这样读操作就不会被写操作阻塞,但写操作成本较高。
用途:这是一个线程安全的集合,它基于
CopyOnWriteArrayList
实现。特点:它通过在添加元素时复制整个数组来实现线程安全。与
CopyOnWriteArrayList
类似,它也适用于读多写少的场景。
ConcurrentSkipListMap:这是基于跳表结构的线程安全的有序映射和集合。它们提供了高效的并发访问,并支持快速的范围查询操作。
用途:
ConcurrentSkipListMap
是一个基于跳表实现的并发映射(Map),它提供了按键排序的功能。特点:
线程安全:
ConcurrentSkipListMap
是线程安全的,允许多个线程同时进行读写操作,而无需额外的同步措施。排序:它保持键的有序性,可以根据键的自然顺序或自定义的比较器进行排序。
高效并发:跳表结构允许多个线程同时进行插入、删除和查找操作,提供了接近最优的并发性能。
无锁操作:在跳表中,每个节点都有一个或多个指针指向其他节点,这些指针形成了一个多层级的链表结构。通过这种结构,可以在不加锁的情况下进行高效的查找操作。
ConcurrentSkipListSet: 这是基于跳表结构的线程安全的有序映射和集合。它们提供了高效的并发访问,并支持快速的范围查询操作。
用途:
ConcurrentSkipListSet
是一个基于跳表实现的并发集合(Set),它提供了元素排序的功能。特点:
线程安全:
ConcurrentSkipListSet
是线程安全的,允许多个线程同时进行读写操作,而无需额外的同步措施。排序:它保持元素的有序性,可以根据元素的自然顺序或自定义的比较器进行排序。
高效并发:与
ConcurrentSkipListMap
类似,ConcurrentSkipListSet
也利用跳表结构提供了高效的并发性能。无锁操作:跳表的特性使得在大多数情况下可以进行无锁的查找操作,提高了并发性能。