JAVA多線程(二) 並發隊列和阻塞隊列

github代碼地址：https://github.com/showkawa/springBoot_2017/tree/master/spb-demo/spb-brian-query-service/src/main/java/com/kawa/thread

1 同步容器類

1.1 Vector與ArrayList區別

1.ArrayList是最常用的List實現類，內部是通過數組實現的，它允許對元素進行快速隨機訪問。數組的缺點是每個元素之間不能有間隔，當數組大小不滿足時需要增加存儲能力，
就要講已經有數組的數據復制到新的存儲空間中。當從ArrayList的中間位置插入或者刪除元素時，需要對數組進行復制、移動、代價比較高。
因此，它適合隨機查找和遍歷，不適合插入和刪除。

2.Vector與ArrayList一樣，也是通過數組實現的，不同的是它支持線程的同步，即某一時刻只有一個線程能夠寫Vector，避免多線程同時寫而引起的不一致性，
但實現同步需要很高的花費，因此，訪問它比訪問ArrayList慢

注意: Vector線程安全、ArrayList非線程安全

Vector源碼類

Add方法源碼類

 

Arraylist源碼

Add方法源碼

 

1.2 HasTable與HasMap

1.HashMap不是線程安全的 
HastMap是一個接口 是map接口的子接口，是將鍵映射到值的對象，其中鍵和值都是對象，並且不能包含重復鍵，但可以包含重復值。HashMap允許null key和null value，
而hashtable不允許。
2.HashTable是線程安全的一個Collection。
3.HashMap是Hashtable的輕量級實現（非線程安全的實現），他們都完成了Map接口，主要區別在於HashMap允許空（null）鍵值（key）,由於非線程安全，
效率上可能高於Hashtable。
HashMap允許將null作為一個entry的key或者value，而Hashtable不允許。
HashMap把Hashtable的contains方法去掉了，改成containsvalue和containsKey。

注意: HashTable線程安全，HashMap線程不安全。

1.3 synchronizedMap

 Collections.synchronizedMap(m) 將線程不安全額集合變為線程安全集合

1.4 ConcurrentHashMap

ConcurrentMap接口下有倆個重要的實現 :
ConcurrentHashMap
ConcurrentskipListMap (支持並發排序功能。彌補ConcurrentHas hMa p)
ConcurrentHashMap內部使用段(Segment)來表示這些不同的部分，每個段其實就是一個
小的HashTable,它們有自己的鎖。只要多個修改操作發生在不同的段上，它們就可以並
發進行。把一個整體分成了16個段(Segment.也就是最高支持16個線程的並發修改操作。
這也是在重線程場景時減小鎖的粒度從而降低鎖競爭的一種方案。並且代碼中大多共享變
量使用volatile關鍵字聲明，目的是第一時間獲取修改的內容，性能非常好。

1.5 CountDownLatch

CountDownLatch類位於java.util.concurrent包下，利用它可以實現類似計數器的功能。比如有一個任務A，它要等待其他4個任務執行完畢之后才能執行，
此時就可以利用CountDownLatch來實現這種功能了。

代碼見：https://github.com/showkawa/springBoot_2017/blob/master/spb-demo/spb-brian-query-service/src/main/java/com/kawa/thread/CountDownLatchThread.java

1.6 CyclicBarrier 

CyclicBarrier初始化時規定一個數目，然后計算調用了CyclicBarrier.await()進入等待的線程數。
當線程數達到了這個數目時，所有進入等待狀態的線程被喚醒並繼續。 
CyclicBarrier就象它名字的意思一樣，可看成是個障礙， 所有的線程必須到齊后才能一起通過這個障礙。 
CyclicBarrier初始時還可帶一個Runnable的參數， 此Runnable任務在CyclicBarrier的數目達到后，所有其它線程被喚醒前被執行。

代碼見：https://github.com/showkawa/springBoot_2017/blob/master/spb-demo/spb-brian-query-service/src/main/java/com/kawa/thread/CyclicBarrierThread.java

1.7 Semaphore

Semaphore是一種基於計數的信號量。它可以設定一個閾值，基於此，多個線程競爭獲取許可信號，做自己的申請后歸還，超過閾值后，線程申請許可信號將會被阻塞。
Semaphore可以用來構建一些對象池，資源池之類的，比如數據庫連接池，我們也可以創建計數為1的Semaphore，將其作為一種類似互斥鎖的機制，這也叫二元信號量，
表示兩種互斥狀態。它的用法如下：Semaphore
availablePermits函數用來獲取當前可用的資源數量
wc.acquire(); //申請資源
wc.release();// 釋放資源

代碼見：https://github.com/showkawa/springBoot_2017/blob/master/spb-demo/spb-brian-query-service/src/main/java/com/kawa/thread/SemaphoreThread.java

2. 並發隊列 

在並發隊列上JDK提供了兩套實現，一個是以ConcurrentLinkedQueue為代表的高性能隊列，一個是以BlockingQueue接口為代表的阻塞隊列，無論哪種都繼承自Queue。

2.1 ConcurrentLinkedQeque

ConcurrentLinkedQueue : 是一個適用於高並發場景下的隊列，通過無鎖的方式，實現
了高並發狀態下的高性能，通常ConcurrentLinkedQueue性能好於BlockingQueue.它
是一個基於鏈接節點的無界線程安全隊列。該隊列的元素遵循先進先出的原則。頭是最先
加入的，尾是最近加入的，該隊列不允許null元素。
ConcurrentLinkedQueue重要方法:
add 和offer() 都是加入元素的方法(在ConcurrentLinkedQueue中這倆個方法沒有任何區別)
poll() 和peek() 都是取頭元素節點，區別在於前者會刪除元素，后者不會。

代碼見：https://github.com/showkawa/springBoot_2017/blob/master/spb-demo/spb-brian-query-service/src/main/java/com/kawa/thread/ConcurrentLinkedDequeThread.java

2.2 BlockingQueue

阻塞隊列（BlockingQueue）是一個支持兩個附加操作的隊列。
阻塞隊列常用於生產者和消費者的場景，生產者是往隊列里添加元素的線程，消費者是從隊列里拿元素的線程。阻塞隊列就是生產者存放元素的容器，而消費者也只從容器里拿元素。
BlockingQueue即阻塞隊列，從阻塞這個詞可以看出，在某些情況下對阻塞隊列的訪問可能會造成阻塞。被阻塞的情況主要有如下兩種：
1. 當隊列滿了的時候進行入隊列操作
2. 當隊列空了的時候進行出隊列操作
因此，當一個線程試圖對一個已經滿了的隊列進行入隊列操作時，它將會被阻塞，除非有另一個線程做了出隊列操作；同樣，當一個線程試圖對一個空隊列進行出隊列操作時，
它將會被阻塞，除非有另一個線程進行了入隊列操作。
在Java中，BlockingQueue的接口位於java.util.concurrent 包中(在Java5版本開始提供)，由上面介紹的阻塞隊列的特性可知，阻塞隊列是線程安全的。
在新增的Concurrent包中，BlockingQueue很好的解決了多線程中，如何高效安全“傳輸”數據的問題。通過這些高效並且線程安全的隊列類，
為我們快速搭建高質量的多線程程序帶來極大的便利。本文詳細介紹了BlockingQueue家庭中的所有成員，包括他們各自的功能以及常見使用場景。
認識BlockingQueue

阻塞隊列，顧名思義，首先它是一個隊列，通過一個共享的隊列，可以使得數據由隊列的一端輸入，從另外一端輸出；
常用的隊列主要有以下兩種：（當然通過不同的實現方式，還可以延伸出很多不同類型的隊列，DelayQueue就是其中的一種）
　　先進先出（FIFO）：先插入的隊列的元素也最先出隊列，類似於排隊的功能。從某種程度上來說這種隊列也體現了一種公平性。
　　后進先出（LIFO）：后插入隊列的元素最先出隊列，這種隊列優先處理最近發生的事件。
多線程環境中，通過隊列可以很容易實現數據共享，比如經典的“生產者”和“消費者”模型中，通過隊列可以很便利地實現兩者之間的數據共享。
假設我們有若干生產者線程，另外又有若干個消費者線程。如果生產者線程需要把准備好的數據共享給消費者線程，利用隊列的方式來傳遞數據，
就可以很方便地解決他們之間的數據共享問題。但如果生產者和消費者在某個時間段內，萬一發生數據處理速度不匹配的情況呢？理想情況下，
如果生產者產出數據的速度大於消費者消費的速度，並且當生產出來的數據累積到一定程度的時候，那么生產者必須暫停等待一下（阻塞生產者線程），
以便等待消費者線程把累積的數據處理完畢，反之亦然。然而，在concurrent包發布以前，在多線程環境下，我們每個程序員都必須去自己控制這些細節，
尤其還要兼顧效率和線程安全，而這會給我們的程序帶來不小的復雜度。好在此時，強大的concurrent包橫空出世了，而他也給我們帶來了強大的BlockingQueue。（
在多線程領域：所謂阻塞，在某些情況下會掛起線程（即阻塞），一旦條件滿足，被掛起的線程又會自動被喚醒）

2.2.1 ArrayBlockingQueue

ArrayBlockingQueue是一個有邊界的阻塞隊列，它的內部實現是一個數組。有邊界的意思是它的容量是有限的，我們必須在其初始化的時候指定它的容量大小，
容量大小一旦指定就不可改變。
ArrayBlockingQueue是以先進先出的方式存儲數據，最新插入的對象是尾部，最新移出的對象是頭部。

2.2.2 LinkedBlockingQueue

LinkedBlockingQueue阻塞隊列大小的配置是可選的，如果我們初始化時指定一個大小，它就是有邊界的，如果不指定，它就是無邊界的。說是無邊界，
其實是采用了默認大小為Integer.MAX_VALUE的容量 。它的內部實現是一個鏈表。2.1.2 LinkedBlockingQueue
和ArrayBlockingQueue一樣，LinkedBlockingQueue 也是以先進先出的方式存儲數據，最新插入的對象是尾部，最新移出的對象是頭部。

2.2.3  PriorityBlockingQueue

PriorityBlockingQueue是一個沒有邊界的隊列，它的排序規則和 java.util.PriorityQueue一樣。需要注意，PriorityBlockingQueue中允許插入null對象。
所有插入PriorityBlockingQueue的對象必須實現 java.lang.Comparable接口，隊列優先級的排序規則就是按照我們對這個接口的實現來定義的。
另外，我們可以從PriorityBlockingQueue獲得一個迭代器Iterator，但這個迭代器並不保證按照優先級順序進行迭代。

2.2.4 SynchronousQueue

SynchronousQueue隊列內部僅允許容納一個元素。當一個線程插入一個元素后會被阻塞，除非這個元素被另一個線程消費。

使用BlockingQueue模擬生產者與消費者

代碼見：https://github.com/showkawa/springBoot_2017/blob/master/spb-demo/spb-brian-query-service/src/main/java/com/kawa/thread/BlockingQueueThread.java