多线程（进阶四：线程安全的集合类）

一、多线程环境使用ArrayList

二、多线程环境使用队列

三、多线程环境使用哈希表

1、HashMap

2、Hashtable

3、ConcurrentHashMap

(1)缩小了锁的粒度

(2)充分使用了CAS原子操作，减少一些加锁

(3)针对扩容操作的一些优化（化整为零）

四、相关面试题

大部分集合类都是线程不安全的，Vector，Stack，Hashtable是线程安全的，但不建议使用，因为无论什么情况都要加锁，甚至单线程也是，这样就很不合理；并且这几个集合类官方已经不推荐使用了，可能在未来的版本中就被删掉了。

下面介绍一些线程不安全的集合类。

一、多线程环境使用ArrayList

1、自己使用同步机制（synchronized或者ReentrantLock）

2、Collections.synchronizedList(new ArrayList);

相当于给ArrayList套了个壳，ArrayList各种操作本身是不带锁的，通过上述操作套壳后，得到了新的对象，新的对象里面的关键方法都是带有锁的。

3、使用CopyOnWriteArrayList

CopyOnWrite容器即写时复制的容器，多线程对这个顺序表进行读操作时，不会有线程安全问题，但是当多线程进行写操作时，就会有线程安全问题，CopyOnWriteArrayList会复制一份原来的顺序表，并且修改新的顺序表内容，再把原来的引用指向新的顺序表(此操作是原子的，不需要加锁)。

二、多线程环境使用队列

1、自己加锁

2、使用BlockingQueue

1. ArrayBlockingQueue
基于数组实现的阻塞队列
2. LinkedBlockingQueue
基于链表实现的阻塞队列
3. PriorityBlockingQueue
基于堆实现的带优先级的阻塞队列
4. TransferQueue
最多只包含⼀个元素的阻塞队列

三、多线程环境使用哈希表

1、HashMap

HashMap本身就是线程不安全的。

2、Hashtable

在一些关键方法上加了锁

这也相当于对this加了锁，也就是针对Hashtable对象本身加锁，如果尝试修改Hash表中两个不同Hash值里的链表，会发生锁冲突。如图：

3、ConcurrentHashMap

相对于Hashtable，进行了些优化。

(1)缩小了锁的粒度

多线程如果修改Hash表里Hash值不同的链表都发生锁冲突，是不合理的，而且锁冲突是很耗时的，所以ConcurrentHashMap是对Hash表里每个链表都进行加锁，这样，不同的链表有不同的锁对象，多线程修改两个不同的链表，就不会发生锁冲突了，如图：

注意：更多的锁并不意味着要耗费更多的空间，因为在java中的任何对象都可以作为锁对象，而本身Hash表中就得有数组，数组元素都已经存在，即链表的头结点，每个链表都有一个头结点，可以直接把这个头结点作为链表的锁对象。

(2)充分使用了CAS原子操作，减少一些加锁

比如，针对Hash表元素个数的维护。

(3)针对扩容操作的一些优化（化整为零）

负载因子：描述了每个桶（Hash表）平均有多少个元素；公式：实际个数 / 数组长度（桶的个数）。0.75是默认的扩容阈值（也可以是其他数字值），如果我们算出的负载因子超过规定的扩容阈值，Hash表就会进行扩容。

进行扩容时，如果不是concurrentHashMap，会创建一个更大是数组，把旧的数组元素搬运到新的数组中，一次性的全部搬运完，如果Hash表本身的元素就非常多，这里扩容就会非常耗时，但可能过一会儿就又好了，存在不稳定因素，我们无法控制Hash表何时触发扩容。

concurrentHashMap则不是一次性的全部搬运完，而是把Hash表中的元素分为若干次搬运完，而不是直接一次性梭哈完，假设Hash表有1kw个元素，每次就只搬运5k哥元素，一共花费2k次搬运完成（搬运的时间会更长一些），但能确保每次搬运消耗的时间不会很长，避免出现很卡的情况。

总的来说，扩容是一个低频的操作（前提把扩容阈值设置合理），运行整个程序，可能一天都不会触发扩容，触发了每次可能会花费几分钟的时间进行搬运。

注意：在扩容过程中，存在两份Hash表，一份是新的，一份是旧的。

进行插入操作，直接往新的Hash表上插入。

进行删除操作，新的旧的都要删除。

进行查找操作，新的旧的都要查找。

四、相关面试题

1.ConcurrentHashMap的读是否要加锁,为什么?

读操作没有加锁.目的是为了进一步降低锁冲突的概率.为了保证读到刚修改的数据,搭配了volatile关键字.

2.介绍下ConcurrentHashMap的锁分段技术?

这个是Java1.7所采取的技术.Java1.8中已经不再使用了.简单的说就是把若干个哈希桶分成一个"段"(Segment),针对每个段分别加锁.

目的也是为了降低锁冲突的概率.当两个线程访问的数据恰好在同一个段上时,才会触发锁竞争

3.ConcurrentHashMap在jdk1.8做了哪些优化?

取消了分段锁,直接给每个哈希桶(每个链表)分配了一个锁(就是以每个链表的头节点对象作为锁对象).

将原来的数组 + 链表的实现方式改进成数组 + 链表 /红黑树的方式.当链表较长的时候(大于等于8个元素)就转换成红黑树.

4.HashMap和HashTable,ConcurrentHashMap之间的区别?

HashMap: 线程不安全.key允许为null

HashTable:线程安全.使用synchronized锁HashTable对象,效率较低.key不允许设置为null.

ConcurrentHashMap: 线程安全.使用synchronized锁每个链表的头节点,锁冲突概率较低,充分利用CAS机制,优化了扩容方式.key不允许为null.