同樣注意內(nèi)層的第一個for循環(huán)，里面有語句int c = segments[i].count; 但是c卻從來沒有被使用過，即使如此，編譯器也不能做優(yōu)化將這條語句去掉，因為存在對volatile變量count的讀取，這條語句存在的唯一目的就是保證segments[i].modCount讀取到幾乎最新的值。關于containsValue方法的其它部分就不分析了，它和size方法差不多。

跨段方法中還有一個isEmpty()方法，其實現(xiàn)比size()方法還要簡單，也不介紹了。最后簡單地介紹下迭代方法，如keySet(), values(), entrySet()方法，這些方法都返回相應的迭代器，所有迭代器都繼承于Hash_Iterator類(提交時居然提醒我不能包含sh It，只得加了下劃線)，里實現(xiàn)了主要的方法。其結構是：

abstract class Hash_Iterator{ int nextSegmentIndex; int nextTableIndex; HashEntry<K,V>[] currentTable; HashEntry<K, V> nextEntry; HashEntry<K, V> lastReturned; }

nextSegmentIndex是段的索引，nextTableIndex是nextSegmentIndex對應段中中hash鏈的索引，currentTable是nextSegmentIndex對應段的table。調(diào)用next方法時主要是調(diào)用了advance方法：

final void advance() { if (nextEntry != null && (nextEntry = nextEntry.next) != null) return; while (nextTableIndex >= 0) { if ( (nextEntry = currentTable[nextTableIndex--]) != null) return; } while (nextSegmentIndex >= 0) { Segment<K,V> seg = segments[nextSegmentIndex--]; if (seg.count != 0) { currentTable = seg.table; for (int j = currentTable.length - 1; j >= 0; --j) { if ( (nextEntry = currentTable[j]) != null) { nextTableIndex = j - 1; return; } } } } }

不想再多介紹了，唯一需要注意的是跳到下一個段時，一定要先讀取下一個段的count變量。

這種迭代方式的主要效果是不會拋出ConcurrentModificationException。一旦獲取到下一個段的table，也就意味著這個段的頭結點在迭代過程中就確定了，在迭代過程中就不能反映對這個段節(jié)點并發(fā)的刪除和添加，對于節(jié)點的更新是能夠反映的，因為節(jié)點的值是一個volatile變量。
結束語

ConcurrentHashMap是一個支持高并發(fā)的高性能的HashMap實現(xiàn)，它支持完全并發(fā)的讀以及一定程度并發(fā)的寫。ConcurrentHashMap的實現(xiàn)也是很精巧，充分利用了最新的JMM規(guī)范，值得學習，卻不值得模仿。
1.8 的版本，與JDK6的版本有很大的差異。實現(xiàn)線程安全的思想也已經(jīng)完全變了，它摒棄了Segment（鎖段）的概念，而是啟用了一種全新的方式實現(xiàn),利用CAS算法。它沿用了與它同時期的HashMap版本的思想，底層依然由“數(shù)組”+鏈表+紅黑樹的方式思想，但是為了做到并發(fā)，又增加了很多輔助的類，例如TreeBin，Traverser等對象內(nèi)部類。CAS算法實現(xiàn)無鎖化的修改值的操作，他可以大大降低鎖代理的性能消耗。這個算法的基本思想就是不斷地去比較當前內(nèi)存中的變量值與你指定的一個變量值是否相等，如果相等，則接受你指定的修改的值，否則拒絕你的操作。因為當前線程中的值已經(jīng)不是最新的值，你的修改很可能會覆蓋掉其他線程修改的結果。這一點與樂觀鎖，SVN的思想是比較類似的。

List類型的CopyOnWriteArrayList

對應的非并發(fā)容器：ArrayList
目標：代替Vector、synchronizedList
原理：利用高并發(fā)往往是讀多寫少的特性，對讀操作不加鎖，對寫操作，先復制一份新的集合，在新的集合上面修改，然后將新集合賦值給舊的引用，并通過volatile 保證其可見性，當然寫操作的鎖是必不可少的了。
CopyOnWriteArrayList采用寫入時復制的方式避開并發(fā)問題。這其實是通過冗余和不可變性來解決并發(fā)問題，在性能上會有比較大的代價，但如果寫入的操作遠遠小于迭代和讀操作，那么性能就差別不大了。
應用它們的場合通常在數(shù)組相對較小，并且遍歷操作的數(shù)量大大超過可變操作的數(shù)量時，這種場合應用它們非常好。它們所有可變的操作都是先取得后臺數(shù)組的副本，對副本進行更改，然后替換副本，這樣可以保證永遠不會拋出ConcurrentModificationException移除。
CopyOnWriteArrayList容器是Collections.synchronizedList(List list)的替代方案，CopyOnWriteArrayList在某些情況下具有更好的性能，考慮讀遠大于寫的場景，如果把所有的讀操作進行加鎖，因為只有一個讀線程能夠獲得鎖，所以其他的讀線程都必須等待，大大影響性能。CopyOnWriteArrayList稱為“寫時復制”容器，就是在多線程操作容器對象時，把容器復制一份，這樣在線程內(nèi)部的修改就與其他線程無關了，而且這樣設計可以做到不阻塞其他的讀線程。從JDK1.5開始Java并發(fā)包里提供了兩個使用CopyOnWrite機制實現(xiàn)的并發(fā)容器，它們是CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet。
CopyOnWriteArrayList源碼
先說說CopyOnWriteArrayList容器的實現(xiàn)原理：簡單地說，就是在需要對容器進行操作的時候，將容器拷貝一份，對容器的修改等操作都在容器的拷貝中進行，當操作結束，再把容器容器的拷貝指向原來的容器。這樣設計的好處是實現(xiàn)了讀寫分離，并且讀讀不會發(fā)生阻塞。下面的源碼是CopyOnWriteArrayList的add方法實現(xiàn)：

public void add(int index, E element) {final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lock();try {Object[] elements = getArray();int len = elements.length;if (index > len || index < 0)throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+", Size: "+len);Object[] newElements;int numMoved = len - index;//1、復制出一個新的數(shù)組if (numMoved == 0)newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);else {newElements = new Object[len + 1];System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);System.arraycopy(elements, index, newElements, index + 1,numMoved);}//2、把新元素添加到新數(shù)組中newElements[index] = element;//3、把數(shù)組指向原來的數(shù)組setArray(newElements);} finally {lock.unlock();}}

上面的三個步驟實現(xiàn)了寫時復制的思想，在讀數(shù)據(jù)的時候不會鎖住list，因為寫操作是在原來容器的拷貝上進行的。而且，可以看到，如果對容器拷貝修改的過程中又有新的讀線程進來，那么讀到的還是舊的數(shù)據(jù)。讀的代碼如下

public E get(int index) {return get(getArray(), index);}final Object[] getArray() {return array;}

CopyOnWrite并發(fā)容器用于讀多寫少的并發(fā)場景。比如白名單，黑名單，商品類目的訪問和更新場景
從CopyOnWriteArrayList的實現(xiàn)原理可以看到因為在需要容器對象的時候進行拷貝，所以存在兩個問題：內(nèi)存占用問題和數(shù)據(jù)一致性問題。

內(nèi)存占用問題

因為需要將原來的對象進行拷貝，這需要一定的開銷。特別是當容器對象過大的時候，因為拷貝而占用的內(nèi)存將增加一倍（原來駐留在內(nèi)存的對象仍然在使用，拷貝之后就有兩份對象在內(nèi)存中，所以增加了一倍內(nèi)存）。而且，在高并發(fā)的場景下，因為每個線程都拷貝一份對象在內(nèi)存中，這種情況體現(xiàn)得更明顯。由于JVM的優(yōu)化機制，將會觸發(fā)頻繁的Young GC和Full GC，從而使整個系統(tǒng)的性能下降。

數(shù)據(jù)一致性問題

CopyOnWriteArrayList不能保證實時一致性，因為讀線程在將引用重新指向原來的對象之前再次讀到的數(shù)據(jù)是舊的，所以CopyOnWriteArrayList只能保證最終一致性。因此在需要實時一致性的廠幾個CopyOnWriteArrayList是不能使用的
CopyOnWriteArrayList適用于讀多寫少的場景
在并發(fā)操作容器對象時不會拋出ConcurrentModificationException，并且返回的元素與迭代器創(chuàng)建時的元素是一致的
容器對象的復制需要一定的開銷，如果對象占用內(nèi)存過大，可能造成頻繁的YoungGC和Full GC
CopyOnWriteArrayList不能保證數(shù)據(jù)實時一致性，只能保證最終一致性。
CopyOnWriteArrayList容器是Collections.synchronizedList(List list)的替代方案，CopyOnWriteArrayList在某些情況下具有更好的性能，考慮讀遠大于寫的場景，如果把所有的讀操作進行加鎖，因為只有一個讀線程能夠獲得鎖，所以其他的讀線程都必須等待，大大影響性能。CopyOnWriteArrayList稱為“寫時復制”容器，就是在多線程操作容器對象時，把容器復制一份，這樣在線程內(nèi)部的修改就與其他線程無關了，而且這樣設計可以做到不阻塞其他的讀線程。從JDK1.5開始Java并發(fā)包里提供了兩個使用CopyOnWrite機制實現(xiàn)的并發(fā)容器，它們是CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet。
CopyOnWriteArrayList容器使用示例

import java.text.DateFormat; import java.text.SimpleDateFormat; import java.util.Date; import java.util.List; import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;/*** Created by rhwayfun on 16-4-8.*/ public class CopyOnWriteArrayListDdemo {/*** 內(nèi)容編號*/private static AtomicLong contentNum;/*** 日期格式器*/private static DateFormat format;/*** 線程池*/private final ExecutorService threadPool;public CopyOnWriteArrayListDdemo() {contentNum = new AtomicLong();format = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss");threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);}public void doExec(int num) throws InterruptedException {List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();for (int i = 0; i < num; i++){list.add(i,"main-content-" + i);}//5個寫線程for (int i = 0; i < 5; i++){threadPool.execute(new Writer(list,i));}//啟動10個讀線程for (int i = 0; i < 10; i++){threadPool.execute(new Reader(list));}//關閉線程池threadPool.shutdown();}/*** 寫線程** @author rhwayfun*/static class Writer implements Runnable {private final List<String> copyOnWriteArrayList;private int i;public Writer(List<String> copyOnWriteArrayList,int i) {this.copyOnWriteArrayList = copyOnWriteArrayList;this.i = i;}@Overridepublic void run() {copyOnWriteArrayList.add(i,"content-" + contentNum.incrementAndGet());System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": write content-" + contentNum.get()+ " " +format.format(new Date()));System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": remove " + copyOnWriteArrayList.remove(i));}}static class Reader implements Runnable {private final List<String> list;public Reader(List<String> list) {this.list = list;}@Overridepublic void run() {for (String s : list) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": read " + s+ " " +format.format(new Date()));}}}public static void main(String[] args) throws InterruptedException {CopyOnWriteArrayListDdemo demo = new CopyOnWriteArrayListDdemo();demo.doExec(5);} }

首先啟動5個寫線程，再啟動10個讀線程，運行該程序發(fā)現(xiàn)并沒有出現(xiàn)異常，所以使用寫時復制容器效率很高。代碼的運行結果如下：
先說說CopyOnWriteArrayList容器的實現(xiàn)原理：簡單地說，就是在需要對容器進行操作的時候，將容器拷貝一份，對容器的修改等操作都在容器的拷貝中進行，當操作結束，再把容器容器的拷貝指向原來的容器。這樣設計的好處是實現(xiàn)了讀寫分離，并且讀讀不會發(fā)生阻塞。下面的源碼是CopyOnWriteArrayList的add方法實現(xiàn)：

public void add(int index, E element) {final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lock();try {Object[] elements = getArray();int len = elements.length;if (index > len || index < 0)throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+", Size: "+len);Object[] newElements;int numMoved = len - index;//1、復制出一個新的數(shù)組if (numMoved == 0)newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);else {newElements = new Object[len + 1];System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);System.arraycopy(elements, index, newElements, index + 1,numMoved);}//2、把新元素添加到新數(shù)組中newElements[index] = element;//3、把數(shù)組指向原來的數(shù)組setArray(newElements);} finally {lock.unlock();}}

上面的三個步驟實現(xiàn)了寫時復制的思想，在讀數(shù)據(jù)的時候不會鎖住list，因為寫操作是在原來容器的拷貝上進行的。而且，可以看到，如果對容器拷貝修改的過程中又有新的讀線程進來，那么讀到的還是舊的數(shù)據(jù)。讀的代碼如下：

public E get(int index) {return get(getArray(), index);}final Object[] getArray() {return array;}

總結

以上是生活随笔為你收集整理的java-并发-并发容器（3）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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