图灵-Java互联网架构师六期|视频+资料
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并发容器（Map、List、Set）实战及其原理
并发容器是在多线程环境中安全使用的集合类，它们设计用于在多个线程同时访问和修改数据时保持一致性和性能。Java 提供了多种并发容器，包括 ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList 和 ConcurrentSkipListSet 等等。下面将介绍这些并发容器的实战使用场景及其工作原理。
ConcurrentHashMap
实战场景：
- 当你需要一个可以在高并发环境下高效读写的 Map 时。
- 应用程序中频繁进行查找操作，并且偶尔有更新或插入操作。
工作原理：
- ConcurrentHashMap 是一种线程安全的哈希表实现，它允许多个读取操作并发执行而无需阻塞，同时也支持一定数量的同时写入操作。
- 内部使用分段锁（Segment）机制来减少锁争用。每个段相当于一个小的 HashMap，不同的段可以被不同的线程锁定，从而允许并发访问。
- 在 Java 8 及以后版本中，ConcurrentHashMap 的实现已经从 Segment 改为使用更细粒度的锁控制，进一步提高了性能。
CopyOnWriteArrayList
实战场景：
- 当你有一个几乎只读但偶尔需要更新的 List，并且读操作远多于写操作时。
- 对于迭代期间不允许出现 ConcurrentModificationException 的情况。
工作原理：
- CopyOnWriteArrayList 是一种线程安全的列表实现，它的所有可变操作（如 add、set、remove 等）都是通过创建底层数组的新副本来完成的。
- 因此，在读操作时不会有任何锁开销，因为每次写操作都会复制整个数组，所以读操作不需要担心数据的一致性问题。
- 但是，由于每次写操作都会导致整个数组被复制，这使得它在写密集型的应用中效率较低。
ConcurrentSkipListSet
实战场景：
- 当你需要一个有序的、无重复元素的集合，并且希望该集合能够支持高效的并发访问时。
工作原理：
- ConcurrentSkipListSet 是基于跳表（Skip List）的数据结构实现的一个线程安全的 NavigableSet。
- 跳表是一种概率性的数据结构，它通过构建多层索引来加速搜索过程，类似于链表中的快速查找。
- 它提供了良好的并发性能，因为它允许不同线程同时对不同部分的数据进行操作，而不需要全局锁定整个数据结构。
并发容器的选择与优化建议：
- 评估读写比例：如果你的应用程序以读为主，则可以选择 CopyOnWriteArrayList 或者 ConcurrentHashMap；如果写操作也较为频繁，则应该考虑 ConcurrentHashMap 或 ConcurrentSkipListSet。
- 理解内部实现：了解每个并发容器的具体实现可以帮助你更好地预测其行为，尤其是在高并发的情况下。
- 测试与监控：在实际部署之前，务必进行全面的压力测试，确保所选容器能够在预期的工作负载下良好运行。
- 避免过度使用同步：尽量减少不必要的同步代码块，选择合适的并发容器可以有效降低锁争用，提高系统的整体吞吐量。
综上所述，正确选择并合理使用并发容器对于构建高性能的多线程应用程序至关重要。根据具体应用场景的特点，权衡读写频率、数据一致性要求以及性能需求等因素，挑选最适合的并发容器。
