高并发编程基础（java.util.concurrent包常见类基础）

　　JDK5中添加了新的java.util.concurrent包，相对同步容器而言，并发容器通过一些机制改进了并发性能。因为同步容器将所有对容器状态的访问都串行化了，这样保证了线程的安全性，所以这种方法的代价就是严重降低了并发性，当多个线程竞争容器时，吞吐量严重降低。因此JDK5开始针对多线程并发访问设计，提供了并发性能较好的并发容器，引入了java.util.concurrent包。与Vector和Hashtable、Collections.synchronizedXxx()同步容器等相比，util.concurrent中引入的并发容器主要解决了两个问题：

1）根据具体场景进行设计，尽量避免synchronized，提供并发性。
2）定义了一些并发安全的复合操作，并且保证并发环境下的迭代操作不会出错。

这里先粗略的介绍下 concurrrent 包下面常见并发容器的简单应用，后续再针对性的去深入研究。

并发容器：

这些容器的关键方法大部分都实现了线程安全的功能，却不使用同步关键字(synchronized)。常见阻塞队列：　　BlockingQueue.class，阻塞队列接口　　DelayQueue.class，阻塞队列，无界队列，并且元素是Delay的子类，保证元素在达到一定时间后才可以取得到

public class T07_DelayQueue {
// 执行定时任务
static BlockingQueue<MyTask> tasks = new DelayQueue<>();
static Random r = new Random();static class MyTask implements Delayed {long runningTime;MyTask(Long rt) {this.runningTime = rt;
}
@Override
public int compareTo(Delayed o) {
if (this.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS) < o.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS))
return -1;
if (this.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS) > o.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS))
return 1;
else
return 0;
}
@Override
public long getDelay(TimeUnit unit) {
return unit.convert(runningTime - System.currentTimeMillis(), TimeUnit.MILLISECONDS);
}@Override
public String toString() {
return "" + runningTime ;
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
long now = System.currentTimeMillis();MyTask t1 =new MyTask(now +1000);
MyTask t2 =new MyTask(now +2000);
MyTask t3 =new MyTask(now +1500);
MyTask t4 =new MyTask(now +2500);
MyTask t5 =new MyTask(now +500);tasks.put(t1);
tasks.put(t2);
tasks.put(t3);
tasks.put(t4);
tasks.put(t5);System.out.println(tasks);for(int i=0;i<5;i++) {
System.out.println(tasks.take());
}}
}

　　BlockingDeque.class，双端阻塞队列接口
　　ArrayBlockingQueue.class，阻塞队列，数组实现。有界阻塞队列

public class T06_ArrayBlockingQueue {
// 阻塞队列
static BlockingQueue<String> strs = new ArrayBlockingQueue<>(10);
static Random r =new Random();
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
for(int i=0;i<10;i++) {
strs.put("a"+i);
}
//strs.add("aaa");//Exception in thread "main" java.lang.IllegalStateException: Queue full
//strs.put("aaa"); // 满了会等待 阻塞
//strs.offer("aaa");//不会报异常 有返回值  true or false
//strs.offer("aaa",1,TimeUnit.SECONDS); // 按照时间段阻塞
}
}

　　LinkedBlockingDeque.class，阻塞双端队列，链表实现
　　LinkedBlockingQueue.class，阻塞队列，链表实现，无界，以下是该类对与生产者消费者模型的简单实现：

public class T05_LinkedBlockingQueue {
// 阻塞队列
static BlockingQueue<String> strs = new LinkedBlockingQueue<>();static Random r =new Random();
//生产者消费者
public static void main(String[] args) {
new Thread(()->{
for(int i=0;i<100;i++) {
try {
strs.put("a"+i);//如果满了就会等待阻塞
System.err.println("a"+i);
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(r.nextInt(1000));
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
},"p1").start();for(int i=0;i<5;i++) {
new Thread(()->{
while(true) {
try {
//take 如果空了 就会阻塞
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" take - "+ strs.take());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
},"c" +i).start();
}
}
}

　　
　　SynchronousQueue.class，同步队列，但是队列长度为0，生产者放入队列的操作会被阻塞，直到消费者过来取，所以这个队列根本不需要空间存放元素；有点像一个独木桥，一次只能一人通过，还不能在桥上停留

public class T09_SynchronousQueue {
// 特殊的 transferQueue ，队列为空的
//任何添加东西都要直接丢给消费者的，不会往队列里加的
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {BlockingQueue<String> strs = new SynchronousQueue<>();new Thread(()->{
try {
System.out.println(strs.take());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}).start();
strs.put("aaa");//阻塞，等待消费者消费
//strs.add("aaa"); // 报错
System.out.println(strs.size());
}
}

常见非阻塞队列：　　ConcurrentLinkedDeque.class，非阻塞双端队列，链表实现，无界队列
　　ConcurrentLinkedQueue.class，非阻塞队列，链表实现

public class T04_ConcurrentQueue {public static void main(String[] args) {
Queue<String> strs = new ConcurrentLinkedQueue<>();
Queue<String> strs2 = new ConcurrentLinkedDeque<>();//双端队列for(int i=0;i<10;i++) {
// 根据返回值来判断是否添加成功
strs.offer("a"+i);
}System.out.println(strs);//[a0, a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7, a8, a9]
System.out.println(strs.size());// 10
System.out.println(strs.poll());// a0
System.out.println(strs.size());// 9
System.out.println(strs.peek());// a1
System.out.println(strs.size());// 9
}
}

转移队列：　　TransferQueue.class，转移队列接口，生产者要等消费者消费的队列，生产者尝试把元素直接转移给消费者
　　LinkedTransferQueue.class，转移队列的链表实现，它比SynchronousQueue更快，transfer 方法有客户端准备消费，直接把消息直接传递给消费者，不放到队列里，没有消费者线程的话该线程会阻塞。但是可以调用 add put 王队列里丢，队列还是有容量的。

public class T08_TransferQueue {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {LinkedTransferQueue<String> strs = new LinkedTransferQueue<>();new Thread(()->{
try {
System.out.println(strs.take());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}).start();
strs.transfer("aaa");
//new Thread(()->{
//try {
//System.out.println(strs.take());
//} catch (InterruptedException e) {
//e.printStackTrace();
//}
//}).start();
}
}

常见集合容器：　　ConcurrentMap.class，并发Map的接口，定义了putIfAbsent(k,v)、remove(k,v)、replace(k,oldV,newV)、replace(k,v)这四个并发场景下特定的方法
　　ConcurrentHashMap.class，并发HashMap，ConcurrentHashMap在并发中效率比 HashTable高，因为 HashTable 在往里添加东西的时候药锁定整个对象，而 ConcurrentHashMap 分成了16段，插入的时候只锁定了其中的一段，其实就是把锁细粒度化了，因此在多线程情况下回比 hashTable高，同样也比 Collections.synchronizedMap(map1) 高。
　　ConcurrentSkipListMap.class，跳表数据结构，它也是NavigableMap的实现类（要求元素之间可以比较），只有你确实需要快速的遍历操作，并且可以承受额外的插入开销的时候，在高并发中要求排序才去使用它。　　ConcurrentSkipListSet.class，和上面类似，只不过map变成了set　　以下代码可以简单的比较一下几个容器再并发的情况下的效率问题

public class T01_ConcurrentMap {
public static void main(String[] args) {
Map<String,String> map =new ConcurrentHashMap<>();//并发性比较高
//Map<String,String> map =new ConcurrentSkipListMap<>();//并发性高而且要求排序
//Map<String,String> map  =new Hashtable<>();//并发性不是跟高
//Map<String,String> map1 =new HashMap<>();
//Map<String, String> map = Collections.synchronizedMap(map1);//并发性不是很高Random r =new Random();
Thread[] ths  =new Thread[100];
CountDownLatch latch =new CountDownLatch(ths.length);
long start = System.currentTimeMillis();for(int i=0;i<ths.length;i++) {
ths[i]=new Thread(()->{
for(int j=0;j<10000;j++) {
map.put("a"+r.nextInt(10000), "a"+r.nextInt(10000));
}
latch.countDown();
});
}
Arrays.asList(ths).forEach(o->o.start());
try {
latch.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println(end-start);
}
}

　　CopyOnWriteArrayList.class，copy-on-write（写时复制）模式的array list，每当需要插入元素，不在原list上操作，而是会新建立一个list，然后将原先的引用指向副本。适合读远远大于写的场景
　　CopyOnWriteArraySet.class，和上面类似，list变成set而已　　　以下代码可以简单的比较一下几个容器再并发的情况下的效率问题　　　

public class T01_CopyOnWriteList {public static void main(String[] args) {
List<String> lists =
//new Vector<String>();//并发效率相对高
//new ArrayList<String>();//这个并发会有问题
new CopyOnWriteArrayList<String>();//效率比较低，读取非常快，读的时候不加锁
Random r =new Random();
Thread[] ths  =new Thread[100];for(int i=0;i<ths.length;i++) {
ths[i]=new Thread(()->{
for(int j=0;j<1000;j++) {
lists.add("a"+r.nextInt(10000) );
}
});
}
long start = System.currentTimeMillis();Arrays.asList(ths).forEach(o->o.start());
Arrays.asList(ths).forEach(o->{
try {
o.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println(end-start);
System.out.println(lists.size());
}
}

并发容器：

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