【多线程（六）】并发工具类的基本使用、ConcurrentHashMap1.7版本及1.8版本底层原理分析

news2025/1/12 1:42:10

文章目录

  • 6.并发工具类
    • 6.1 并发工具类-Hashtable
    • 6.2 并发工具类-ConcurrentHashMap基本使用
    • 6.3 并发工具类-ConcurrentHashMap1.7原理
    • 6.4 并发工具类-ConcurrentHashMap1.8原理
    • 6.5 并发工具类-CountDownLatch
    • 6.6并发工具类-Semaphore
    • 总结

6.并发工具类

6.1 并发工具类-Hashtable

  • Hashtable出现的原因：在集合类中HashMap是比较常用的集合对象，但是HashMap是线程不安全的（多线程环境下可能会存在问题）。为了保证数据的安全性我们可以使用Hashtable,但是Hashtable的效率低下。
  • 代码实现：
package com.hcx.mymap;

import java.util.HashMap;
import java.util.Hashtable;

public class MyHashtableDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Hashtable<String,String> hm = new Hashtable<>();

        Thread t1 = new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 25; i++) {
                hm.put(i+" ",i+" ");
                
            }
        });

        Thread t2 = new Thread(()->{
            for (int i = 25; i < 51; i++) {
                hm.put(i+" ",i+" ");

            }
        });

        t1.start();
        t2.start();

        System.out.println("=============");
        //让 main 线程睡一秒中，为了让 t1、t2能把数据全部添加完毕
        Thread.sleep(1000);

        for (int i = 0; i < 51; i++) {

            System.out.println(hm.get(i+" "));

        }//0 1 2 3 4 ... 50

    }
}
  • 运行结果：
    在这里插入图片描述

6.2 并发工具类-ConcurrentHashMap基本使用

  • ConcurrentHashMap出现的原因：在集合中HashMap是比较常用的集合对象，但是HashMap是线程不安全的（多线程环境下可能会存在问题）。为了保证数据的安全性我们可以使用Hashtable,但是Hashtable的效率低下。基于以上两个原因我们可以使用JDK1.5以后所提供的ConcurrentHashMap。

  • 体系结构：
    在这里插入图片描述

  • 总结：

    • 1.HashMap是线程不安全的 ，多线程环境下会有数据安全问题。
    • 2.Hashtable是线程安全的，但是会将整张表锁起来，效率低下。
    • 3.ConcurrentHashMap也是线程安全的，效率较高，在JDK7和JDK8中，底层原理不一样。

  • 代码实现：

package com.hcx.mymap;

import java.util.Hashtable;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

public class MyConcurrentHashMapDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ConcurrentHashMap<String,String> hm = new ConcurrentHashMap<>();

        Thread t1 = new Thread(()->{
            for (int i = 0; i < 25; i++) {
                hm.put(i+" ",i+" ");
                
            }
        });

        Thread t2 = new Thread(()->{
            for (int i = 25; i < 51; i++) {
                hm.put(i+" ",i+" ");

            }
        });

        t1.start();
        t2.start();

        System.out.println("=============");
        //让 main 线程睡一秒中，为了让 t1、t2能把数据全部添加完毕
        Thread.sleep(1000);

        for (int i = 0; i < 51; i++) {

            System.out.println(hm.get(i+" "));

        }//0 1 2 3 4 ... 50

    }
}
  • 运行结果：
    在这里插入图片描述

6.3 并发工具类-ConcurrentHashMap1.7原理

在这里插入图片描述

  • 创建对象：
    • 1.默认创建一个长度16，加载因子为0.75的大数组。
    • 2.还会创建一个长度为2的小数组，把地址值赋值给0索引处，其他索引位置的元素都是null
  • 添加数据：
    • 为 null:
      • 则按照模板创建小数组，创建完毕，会二次哈希，计算出在小数组中应存入的位置，直接存入。
    • 如果不为null:
      • 就会根据记录的地址值找到小数组 ，二次哈希，计算出在小数组中应存入的位置。如果要扩容，则将小数组扩容两倍，如果不需要扩容，则就会判断小数组这个位置有没有元素，如果没有元素，则直接存，如果有元素，就会调用equals方法，比较属性值，如果equals为true,则不存，如果equals为false,形成哈希桶结构。

6.4 并发工具类-ConcurrentHashMap1.8原理

在这里插入图片描述

  • 总结：
    • 1，如果使用空参构造创建ConcurrentHashMap对象，则什么事情都不做。 在第一次添加元素的时候创建哈希表。
    • 2，计算当前元素应存入的索引。
    • 3，如果该索引位置为null，则利用cas算法，将本结点添加到数组中。
    • 4，如果该索引位置不为null，则利用volatile关键字获得当前位置最新的结点地址，挂在他下面，变成链表。
    • 5，当链表的长度大于等于8时，自动转换成红黑树6，以链表或者红黑树头结点为锁对象，配合悲观锁保证多线程
      操作集合时数据的安全性。

6.5 并发工具类-CountDownLatch

  • CountDownLatch类：
    在这里插入图片描述

  • 使用场景：让某一条线程等待其他线程执行完毕之后再执行。

  • 代码实现：

package com.hcx.mycountdownlatch;

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class ChildThread1 extends Thread {
    private CountDownLatch countDownLatch;
    public ChildThread1(CountDownLatch countDownLatch) {
        this.countDownLatch=countDownLatch;
    }
    @Override
    public void run() {
        //1.吃饺子
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(getName()+"在吃第"+ i+ "个饺子");
        }
        //吃完说一声
        //每一次countDown方法的时候，就让计数器减1
        countDownLatch.countDown();

    }
}


package com.hcx.mycountdownlatch;

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class ChildThread2 extends Thread {
    private CountDownLatch countDownLatch;
    public ChildThread2(CountDownLatch countDownLatch) {
        this.countDownLatch=countDownLatch;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 15; i++) {
            System.out.println(getName()+"在吃第"+ i+ "个饺子");
        }
        //吃完说一声
        countDownLatch.countDown();

    }
}

package com.hcx.mycountdownlatch;

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class ChildThread3 extends Thread {
    private CountDownLatch countDownLatch;
    public ChildThread3(CountDownLatch countDownLatch) {
        this.countDownLatch=countDownLatch;
    }
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println(getName()+"在吃第"+ i+ "个饺子");
        }
        //吃完说一声
        countDownLatch.countDown();

    }
}


package com.hcx.mycountdownlatch;

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class MotherThread extends Thread {
    private CountDownLatch countDownLatch;
    public MotherThread(CountDownLatch countDownLatch) {
        this.countDownLatch=countDownLatch;
    }

    @Override
    public void run() {
        //1.等待
        try {
            //当计数器变成0的时候，会自动唤醒这里等待的线程。
            countDownLatch.wait();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //2.收拾碗筷
        System.out.println("妈妈在收拾碗筷");

    }
}


package com.hcx.mycountdownlatch;

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class MyCountDownLatchDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //1.创建 CountDownLatch的对象，需要传递给四个线程
        //在底层就定义了一个计数器，此时计数器的值就是3
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(3);//参数传递的是等待线程的数量

        //2.创建四个线程线程对象并开启他们
        MotherThread motherThread = new MotherThread(countDownLatch);
        motherThread.start();

        ChildThread1 t1 = new ChildThread1(countDownLatch);
        t1.setName("小明");

        ChildThread2 t2 = new ChildThread2(countDownLatch);
        t2.setName("小红");

        ChildThread3 t3 = new ChildThread3(countDownLatch);
        t3.setName("小刚");

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();


    }
}
  • 总结：
      1. CountDownLatch(int count)：参数写等待线程的数量。并定义了一个计数器。
      1. await()：让线程等待，当计数器为0时，会唤醒等待的线程
      1. countDown()： 线程执行完毕时调用，会将计数器-1。

6.6并发工具类-Semaphore

  • 使用场景：

    • 可以控制访问特定资源的线程数量。

  • 实现步骤：

    • 1，需要有人管理这个通道
    • 2，当有车进来了，发通行许可证
    • 3，当车出去了，收回通行许可证
    • 4，如果通行许可证发完了，那么其他车辆只能等着

  • 代码实现：

package com.hcx.mysemaphore;

import java.util.concurrent.Semaphore;

public class MyRunnable implements  Runnable {
    //1.获得管理员对象，
    private Semaphore semaphore = new Semaphore(2);//参数为最多允许几个线程同时进行
    @Override
    public void run() {
        //2.获得通行证
        try {
            semaphore.acquire();//如果线程没有获得通行证，则会一直在这里等着，直到获得通行证为止
            //3.开始行驶
            System.out.println("获得了通行证开始行驶");
            Thread.sleep(2000);
            System.out.println("归还通行证");
             semaphore.release();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        //4.归还通行证
    }
}


package com.hcx.mysemaphore;

public class MySemaphoreDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            Thread thread = new Thread(myRunnable);
            thread.start();
        }
    }
}
  • 运行结果：
    在这里插入图片描述

总结

本篇文章介绍了并发工具类 Hashtable、ConcurrentHashMap、 CountDownLatch、Semaphore的基本使用，并讲解了ConcurrentHashMap1.7版本以及1.8版本的底层原理。希望大家多多支持！在这里插入图片描述

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