Java学习小册：Java并发容器与原子类

Java并发容器与原子类

在Java并发编程中，并发容器和原子类是管理共享数据的重要工具。它们提供了线程安全的数据结构和原子操作，确保在多线程环境下数据的一致性和操作的正确性。本文将深入探讨Java中的并发容器和原子类，包括它们的基本概念、使用方法、关键类及其实现原理。

并发容器

并发容器是Java中一组线程安全的集合类，它们提供了比传统集合类更高的并发性能。这些容器类位于java.util.concurrent包中。

`ConcurrentHashMap`

ConcurrentHashMap是一个线程安全的哈希表实现，允许多个线程同时读写数据。它通过分段锁机制实现了高效的并发访问。

示例代码：

import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;public class ConcurrentHashMapExample {public static void main(String[] args) {ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();// 添加键值对map.put("Apple", 1);map.put("Banana", 2);map.put("Orange", 3);// 获取值System.out.println("Apple的数量: " + map.get("Apple"));// 遍历键值对map.forEach((key, value) -> System.out.println(key + ": " + value));}
}

`ConcurrentLinkedQueue`

ConcurrentLinkedQueue是一个基于链表的线程安全队列，适用于高并发场景下的任务队列。

示例代码：

import java.util.concurrent.ConcurrentLinkedQueue;public class ConcurrentLinkedQueueExample {public static void main(String[] args) {ConcurrentLinkedQueue<String> queue = new ConcurrentLinkedQueue<>();// 添加元素queue.add("Apple");queue.add("Banana");queue.add("Orange");// 获取并移除头部元素System.out.println("移除的元素: " + queue.poll());// 遍历队列queue.forEach(System.out::println);}
}

`CopyOnWriteArrayList`

CopyOnWriteArrayList是一个线程安全的列表实现，适用于读多写少的场景。每次写操作都会创建一个新的数组副本。

示例代码：

import java.util.Iterator;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;public class CopyOnWriteArrayListExample {public static void main(String[] args) {CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();// 添加元素list.add("Apple");list.add("Banana");list.add("Orange");// 遍历列表Iterator<String> iterator = list.iterator();while (iterator.hasNext()) {System.out.println(iterator.next());}// 安全地修改列表list.add("Grapes");list.remove("Banana");}
}

原子类

原子类提供了一组用于原子操作的类，确保在多线程环境下操作的原子性和可见性。这些类位于java.util.concurrent.atomic包中。

`AtomicInteger`

AtomicInteger用于原子操作的整数类，支持无锁的原子更新。

示例代码：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;public class AtomicIntegerExample {public static void main(String[] args) {AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);// 原子递增counter.incrementAndGet();counter.incrementAndGet();// 原子递减counter.decrementAndGet();System.out.println("计数器值: " + counter.get());}
}

`AtomicReference`

AtomicReference用于原子操作的对象引用类，支持无锁的原子更新。

示例代码：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;public class AtomicReferenceExample {public static void main(String[] args) {AtomicReference<String> reference = new AtomicReference<>("Apple");// 原子更新reference.compareAndSet("Apple", "Banana");reference.compareAndSet("Banana", "Orange");System.out.println("引用值: " + reference.get());}
}

`AtomicLongArray`

AtomicLongArray用于原子操作的长整型数组类，支持无锁的原子更新。

示例代码：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicLongArray;public class AtomicLongArrayExample {public static void main(String[] args) {AtomicLongArray array = new AtomicLongArray(3);// 初始化数组array.set(0, 10);array.set(1, 20);array.set(2, 30);// 原子递增array.getAndIncrement(0);array.getAndIncrement(1);// 遍历数组for (int i = 0; i < array.length(); i++) {System.out.println("索引 " + i + " 的值: " + array.get(i));}}
}