并发编程学习笔记4

并发集合框架
同步框架(sysnchronized collections)和并发框架(concurrent collections)的区别。

java5在同步的集合框架方面做了一些改进，提供了几个并发集合类。同步集合类通过序列化对集合状态的访问来保证线程安全。这种方法的代价就是降低并发性；当多个线程竞争这个集合的锁的时候，吞吐量自然降低了。

而并发集合类就是专门被设计出来实现多线程并发访问的。JAVA5增加了ConcurrentHashMap，用来替代基于hash的MAP实现，而CopyOnWriteArrayList是用来替换同步的List的－－当遍历是一种常用操作的时候。新的ConcurrentMap接口添加了对一些常用的组合操作的支持，比如put-if-absent,replace,conditional remove。

使用并发集合替换同步集合，会大幅提高应用的伸缩性，而风险却很低。

JAVA5还新添加了两个新的集合类型，Queue和BlockingQueue.Queue呢，是在里面元素等待处理的过程中，将元素的集合进行加锁。该接口默认提供了几个实现，包括ConcurrentLinkedQueue,一个传统的FIFO队列；PriorityQueue,一个按优先级排序的队列。队列的操作是非阻塞的；如果一个队列是空的，那么获取操作将返回null。你可以将队列的行为当作List来看。实际上，LinkedList也实现了Queue接口，队列类不能进行随机的访问，但是却能有效的增加并发访问量。

BlockingQueue扩展了Queue，添加了阻塞的插入和获取操作。如果队列是空的，那么获取操作将阻塞，直到有一个元素存在为止；同时如果一个队列是null，那么一个插入操作将被阻塞直到有空间为止。阻塞操作在生产者－消费者这种设计中非常的有用，以后进行详述。

JAVA6添加了ConcurrentSkipListMap和ConcurrentSkipListSet两个类，用作同步的SortedMap或者SortedSet的替代品。



ConcurrentHashMap
同步的集合类会在集合的每个操作执行期间持有一个锁。而有些操作，比如HashMap.get或者List.contains，可能比他表面看起来调用更多的操作，比如在遍历一个hash bucket或者List，去查找某个对象的时候，就必须调用他们各自的equals方法(而这些方法本身可能还需要调用别的操作)。在一个基于hash的集合中，如果hashCode没有很好的获得，那么元素的分布将会遇到很多冲突；在最坏的情况下，一个很烂的hash算法可能导致一个hash table变成一个linked list。遍历一个很长的list并在他们上调用equals方法，这需要消耗很长时间，而在这段时间中，其他线程将不能访问该集合。

ConcurrentHashMap 和HashMap是类似的，是基于hash的，但是他使用了一个完全不同的加锁策略，从而提供了更好的并发性和伸缩性。这种加锁策略不是对每个方法进行加锁，限制任意时刻只能单线程访问，他使用了更细粒度的加锁方法，叫做lock striping(姑且叫做锁分离吧)，允许更大自由度的访问。任何的读取线程都可以并发访问的map，而且，读取线程和写入线程可并发的访问map，但是只有有限数量的写线程允许并发修改。这么作的结果就是在并发访问下具有更高的吞吐量，而比单线程访问几乎没有性能损失。

ConcurrentHashMap以及其他并发集合，比同步的集合做了些改进，迭代器不再抛出ConcurrentModificationException异常，因此也不再需要在迭代过程中将集合加锁了。ConcurrentHashMap返回的是不稳定的迭代器而不是一个快速失败。一个不稳定的迭代器允许并发修改，并且在迭代过程中，有可能会体现出其他线程的修改(可能但不保证)。

与这些改进一起的，还有一些妥协和折衷。一些对整个Map进行的操作，比如size和isEmpty方法，削弱了对并发集合的反应。由于size()的结果在他被计算出来之后会过期，所以仅仅是个估计值，所以size返回的值是个近似值，而不是精确值。第一次看到这些，可能会比较迷惑，而在真实世界中，像size()和isEmpty()这些方法在并发环境中作用被大大削弱。

有些特性是同步的集合拥有，而并发集合没有的，如对整个map的加锁，保持排他的访问。对于Hashtable和synchronizedMap来说，需要一个map锁，来保证其他线程不能同时访问改对象。这些特性在有些情况下可能是必要的，比如：原子的添加好几个mapping，或者遍历map多次，抑或着需要查看到相同的元素并保持相同的状态。总得来说，这算是比较合理的权衡和妥协：毕竟并发集合本应该就是能被并发的修改。

比起Hashtable和synchronizedMap来说，他的优点很多而缺点很少，所以用来作为Map的实现的替代，在大部分情况下会得到更好的可伸缩性，只有当你的应用需要锁定整个map的时候，ConcurrentHashMap才不适用。

其他原子map操作
由于ConcurrentHashMap不能被锁住，并保持排他的访问，所以，我们不能使用客户端锁来创建一个原子操作，比如put-if-absent。所以ConcurrentHashMap接口定义了put-if-absent,remove-if-equal,replace-if-equal等原子操作，如果你发现自己给已存在的同步集合添加了这些实现，那么似乎就意味着你可能需要用ConcurrentMap来替换你的类。

CopyOnWriteArrayList
CopyOnWriteArrayList是并发集合提供的用以替代同步的List的实现类，在绝大部分情况下，由于他不需要在整个迭代过程中加锁，所以可以提供更好的并发性能。

为什么会有这种copy-on-write的集合出现呢，大家貌似还应该记得，不可变对象如果被正确的发布出来，那么他是不需要任何的锁来控制访问的，所以copy-on-write就是从这里获得的灵感，这种集合当有任何修改时，就会创建并重新发布出一个新的集合。对于这种集合来说他不会抛出ConcurrentModificationException异常，返回的元素是当迭代器创建的时候持有的元素，而没有后续的更改。很显然的是，每次更改都会创建一个新的集合出来，这是有开销的，特别是当集合很大的时候，所以这种集合的适用场合应该是读取比较频繁，而修改操作较少的场合。