java.util.Concurrent包下提供了哪些线程安全的集合类
在Java的java.util.concurrent包下提供了许多线程安全的集合类，这些集合类是为了在多线程环境下安全地操作数据而设计的。以下是java.util.concurrent包下一些常见的线程安全集合类：
ConcurrentHashMap：是一个线程安全的哈希表实现，它支持高并发的读写操作。它采用了分段锁的机制，将整个哈希表分成多个段，每个段都有一个独立的锁，不同的线程可以同时访问不同的段，从而提高并发性能。ConcurrentSkipListMap：是一个线程安全的有序映射表实现，内部使用跳表数据结构。它支持高并发的读写操作，并且提供了按键有序的遍历功能。ConcurrentSkipListSet：是一个线程安全的有序集合实现，内部使用跳表数据结构。它支持高并发的读写操作，并且提供了有序的遍历功能。CopyOnWriteArrayList：是一个线程安全的动态数组实现，它通过在修改操作时创建一个新的数组来实现线程安全。由于读操作不需要加锁，因此读取性能较高，适用于读多写少的场景。CopyOnWriteArraySet：是一个线程安全的集合实现，它基于CopyOnWriteArrayList实现。它内部使用一个CopyOnWriteArrayList来存储元素，保证了线程安全性。ConcurrentLinkedQueue：是一个线程安全的无界队列实现，它采用了无锁的并发算法，支持高并发的入队和出队操作。ConcurrentLinkedDeque：是一个线程安全的双端队列实现，它采用了无锁的并发算法，支持高并发的入队和出队操作。
除了上述的集合类，java.util.concurrent包还提供了其他一些线程安全的工具类，如CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore等，用于在多线程环境下进行线程同步和控制。这些线程安全的集合类和工具类能够帮助开发者编写高效且线程安全的多线程程序。
ConcurrentHashMap 代码示例和底层原理：
以下是一个简单的示例代码，展示了如何使用ConcurrentHashMap进行线程安全的操作：
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
public class ConcurrentHashMapExample {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个ConcurrentHashMap实例
ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();
// 启动多个线程对map进行操作
Thread thread1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
map.put("Key" + i, i);
}
});
Thread thread2 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
map.put("Key" + i, i);
}
});
thread1.start();
thread2.start();
// 等待两个线程执行完毕
try {
thread1.join();
thread2.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 输出map的大小
System.out.println("Map size: " + map.size());
}
}在上述代码中，我们创建了一个ConcurrentHashMap实例，并启动了两个线程分别向map中添加元素。由于ConcurrentHashMap是线程安全的，不同线程可以同时对其进行操作而不会引发并发问题。最后，我们输出了map的大小。
底层原理：
ConcurrentHashMap使用了一种分段锁的机制，将整个哈希表分成多个段（Segment），每个段都有一个独立的锁。不同的线程可以同时访问不同的段，从而提高并发性能。- 每个段内部使用了类似于普通的哈希表（数组+链表/红黑树）的数据结构来存储键值对。
- 在进行写操作（如插入、删除、更新）时，只需要锁住对应的段，而不需要锁住整个哈希表，从而实现了更好的并发性能。
- 在进行读操作时，不需要加锁，可以并发地进行读取操作。
- 当多个线程对同一个段进行写操作时，可能会出现竞争情况，
ConcurrentHashMap会使用CAS（Compare and Swap）等无锁算法来保证数据的一致性和线程安全性。
总的来说，ConcurrentHashMap通过使用分段锁和无锁算法等技术，实现了高效的并发操作，保证了线程安全性。
ConcurrentSkipListMap 代码示例和底层原理
以下是一个简单的示例代码，展示了如何使用ConcurrentSkipListMap进行线程安全的操作：
import java.util.concurrent.ConcurrentSkipListMap;
public class ConcurrentSkipListMapExample {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个ConcurrentSkipListMap实例
ConcurrentSkipListMap<Integer, String> map = new ConcurrentSkipListMap<>();
// 启动多个线程对map进行操作
Thread thread1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
map.put(i, "Value" + i);
}
});
Thread thread2 = new Thread(() -> {
for (int i = 1000; i < 2000; i++) {
map.put(i, "Value" + i);
}
});
thread1.start();
thread2.start();
// 等待两个线程执行完毕
try {
thread1.join();
thread2.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 输出map的大小
System.out.println("Map size: " + map.size());
}
}在上述代码中，我们创建了一个ConcurrentSkipListMap实例，并启动了两个线程分别向map中添加元素。由于ConcurrentSkipListMap是线程安全的，不同线程可以同时对其进行操作而不会引发并发问题。最后，我们输出了map的大小。
底层原理：
ConcurrentSkipListMap是基于跳表（Skip List）数据结构实现的，它可以实现有序的键值对存储。- 跳表是一种平衡的链表结构，通过在原始链表上添加多级索引，从而提高查找效率。
ConcurrentSkipListMap内部维护了多个层级的链表，每个层级都是一个有序的链表。- 每个节点包含了一个键值对，并包含了多个指向下一层级节点的指针。
- 在进行插入、删除、查找等操作时，
ConcurrentSkipListMap会通过比较键值对的键来确定插入位置、删除节点或查找节点。 - 在并发情况下，
ConcurrentSkipListMap使用CAS（Compare and Swap）等无锁算法来保证数据的一致性和线程安全性。 ConcurrentSkipListMap具有较好的并发性能，因为每个操作只需要锁住相关的节点，而不需要锁住整个数据结构。
总的来说，ConcurrentSkipListMap通过使用跳表数据结构和无锁算法等技术，实现了高效的并发操作和有序的键值对存储，保证了线程安全性。
ConcurrentSkipListMap 和 ConcurrentHashMap 的区别
ConcurrentSkipListMap和ConcurrentHashMap是Java中用于并发环境下的两种不同的数据结构，它们有以下区别：
数据结构类型：
ConcurrentSkipListMap是基于跳表（Skip List）的有序映射结构。它提供了按键排序的功能，适用于需要有序遍历或范围查询的场景。ConcurrentHashMap是基于哈希表的映射结构。它提供了快速的键值查找和插入操作，适用于需要高效查找的场景。
内部实现：
ConcurrentSkipListMap使用跳表数据结构实现，通过多级索引提高查找效率。ConcurrentHashMap使用哈希表实现，通过哈希算法将键映射到桶（bucket）上，每个桶中存储一个链表或红黑树。
排序性能：
ConcurrentSkipListMap在有序性能方面表现优秀，可以快速进行范围查询和有序遍历。ConcurrentHashMap不保证键的有序性，仅提供快速的键值查找和插入操作。
并发性能：
ConcurrentSkipListMap在并发环境下的插入、删除和查找操作都能保持较好的性能，但在高并发写入的情况下，性能可能略低于ConcurrentHashMap。ConcurrentHashMap在并发环境下的插入、删除和查找操作具有良好的性能，特别是在多线程同时读取的情况下。
内存占用：
ConcurrentSkipListMap通常比ConcurrentHashMap占用更多的内存，因为它需要维护多级索引结构。ConcurrentHashMap在一些情况下可能更加节省内存，特别是存储大量键值对时。
综上所述，选择使用ConcurrentSkipListMap还是ConcurrentHashMap取决于具体的需求。如果需要有序性能和范围查询功能，可以选择ConcurrentSkipListMap；如果需要快速的键值查找和插入操作，并且不需要有序性，可以选择ConcurrentHashMap。
CopyOnWriteArrayList 代码示例和底层原理
以下是一个简单的示例代码，展示了如何使用CopyOnWriteArrayList进行线程安全的操作：
import java.util.Iterator;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
public class CopyOnWriteArrayListExample {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个CopyOnWriteArrayList实例
CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
// 启动多个线程对list进行操作
Thread thread1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
list.add("Element" + i);
}
});
Thread thread2 = new Thread(() -> {
Iterator<String> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
System.out.println(iterator.next());
}
});
thread1.start();
thread2.start();
// 等待两个线程执行完毕
try {
thread1.join();
thread2.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}在上述代码中，我们创建了一个CopyOnWriteArrayList实例，并启动了两个线程分别向list中添加元素和遍历打印元素。由于CopyOnWriteArrayList是线程安全的，不同线程可以同时对其进行操作而不会引发并发问题。
底层原理：
CopyOnWriteArrayList是通过复制整个数组来实现线程安全性的。- 写操作（如添加、修改、删除元素）会创建一个新的数组，并将元素复制到新数组中，然后将新数组设置为当前数组，从而保证了写操作的线程安全性。
- 读操作（如遍历、获取元素）直接在当前数组上进行，不需要加锁，因此读操作的性能很高。
- 当有多个线程同时对
CopyOnWriteArrayList进行写操作时，每个线程会复制一份当前数组的副本，因此每个线程都可以独立地进行写操作，互不影响。 - 在写操作完成后，通过将新数组设置为当前数组，使得其他线程在读操作时可以看到最新的元素。
CopyOnWriteArrayList适用于读多写少的场景，因为每次写操作都需要复制整个数组，消耗较大的内存和性能。
总的来说，CopyOnWriteArrayList通过复制整个数组来实现线程安全性，读操作不需要加锁，写操作通过复制数组来保证线程安全。它适用于读多写少的场景，可以提供高效的读操作，但写操作的性能较低。
ConcurrentLinkedQueue 代码示例和底层原理
以下是一个简单的示例代码，展示了如何使用ConcurrentLinkedQueue进行线程安全的操作：
import java.util.concurrent.ConcurrentLinkedQueue;
public class ConcurrentLinkedQueueExample {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个ConcurrentLinkedQueue实例
ConcurrentLinkedQueue<String> queue = new ConcurrentLinkedQueue<>();
// 启动多个线程对queue进行操作
Thread thread1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
queue.offer("Element" + i);
}
});
Thread thread2 = new Thread(() -> {
while (!queue.isEmpty()) {
System.out.println(queue.poll());
}
});
thread1.start();
thread2.start();
// 等待两个线程执行完毕
try {
thread1.join();
thread2.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}在上述代码中，我们创建了一个ConcurrentLinkedQueue实例，并启动了两个线程分别向queue中添加元素和遍历并移除元素。由于ConcurrentLinkedQueue是线程安全的，不同线程可以同时对其进行操作而不会引发并发问题。
底层原理：
ConcurrentLinkedQueue是基于链表的无界非阻塞队列，使用CAS（Compare and Swap）操作实现线程安全性。- 它使用链表来存储元素，每个节点包含一个元素和指向下一个节点的引用。
- 添加元素时，通过CAS操作修改链表的尾节点，将新元素添加到尾部。
- 移除元素时，通过CAS操作修改链表的头节点，将头节点移除并返回其元素。
ConcurrentLinkedQueue的操作是无锁的，不需要加锁，因此在高并发环境下具有良好的性能。- 它支持并发的添加、移除和检查操作，保证了多线程下的线程安全性。
总的来说，ConcurrentLinkedQueue是一个无界非阻塞队列，使用链表和CAS操作实现线程安全性。它适用于多生产者、多消费者的并发环境，可以提供高效的并发操作。
ConcurrentLinkedDeque 代码示例和底层原理
以下是一个简单的示例代码，展示了如何使用ConcurrentLinkedDeque进行线程安全的操作：
import java.util.concurrent.ConcurrentLinkedDeque;
public class ConcurrentLinkedDequeExample {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个ConcurrentLinkedDeque实例
ConcurrentLinkedDeque<String> deque = new ConcurrentLinkedDeque<>();
// 启动多个线程对deque进行操作
Thread thread1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
deque.offerFirst("Element" + i);
}
});
Thread thread2 = new Thread(() -> {
while (!deque.isEmpty()) {
System.out.println(deque.pollLast());
}
});
thread1.start();
thread2.start();
// 等待两个线程执行完毕
try {
thread1.join();
thread2.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}在上述代码中，我们创建了一个ConcurrentLinkedDeque实例，并启动了两个线程分别向deque中添加元素到头部和从尾部移除元素。由于ConcurrentLinkedDeque是线程安全的，不同线程可以同时对其进行操作而不会引发并发问题。
底层原理：
ConcurrentLinkedDeque是基于双向链表的无界非阻塞双端队列，使用CAS（Compare and Swap）操作实现线程安全性。- 它使用双向链表来存储元素，每个节点包含一个元素、指向前一个节点的引用和指向后一个节点的引用。
- 添加元素时，通过CAS操作修改链表的头节点或尾节点，将新元素添加到相应的位置。
- 移除元素时，通过CAS操作修改链表的头节点或尾节点，将头节点或尾节点移除并返回其元素。
ConcurrentLinkedDeque的操作是无锁的，不需要加锁，因此在高并发环境下具有良好的性能。- 它支持并发的添加、移除和检查操作，保证了多线程下的线程安全性。
总的来说，ConcurrentLinkedDeque是一个无界非阻塞双端队列，使用双向链表和CAS操作实现线程安全性。它适用于多生产者、多消费者的并发环境，可以提供高效的并发操作。
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