Kursinhalt

Multithreading in Java

1. Grundlagen der Multithread-Verarbeitung

Was Ist Multithreading Unterschied Zwischen Multithreading und Single-Threading Threads in Java Thread-Synchronisation Leistung und Herausforderungen Atomarität Multithreading-Aufgabe

2. Synchronisierte Sammlungen

Sammlungen mit Multithreading-Unterstützung Parallel Stream API BlockingQueue und Seine Implementierungen Herausforderung BlockingQueue ConcurrentMap und Seine Implementierungen Herausforderung ConcurrentMap CopyOnWrite-Sammlung Beispiele für die Verwendung von Collections-Methoden

3. Hochrangige Synchronisationsmechanismen

Sperre und Bedingung Herausforderung Lock und Bedingung Semaphore und Barriere Herausforderung Semaphore Atomare Variablen Executors und Thread-Pool Herausforderung Executors

4. Best Practices für Multithreading

Produzent-Konsument ForkJoinPool Herausforderung ForkJoinPool ThreadLocal Grundlagen der Asynchronen Programmierung CompletableFuture Herausforderung CompletableFuture Zusammenfassung Multithreading

CopyOnWrite-Sammlung

Wir haben viele synchronisierte Sammlungen zusammen erkundet, und wenn Sie die anderen gemeistert haben, werden Sie diese noch einfacher finden.

Beispiel aus dem echten Leben

Eine Webanwendung, die CopyOnWriteArrayList verwendet, um Ereignisabonnenten zu speichern. Mehrere Threads können gleichzeitig eine Liste der aktuellen Abonnenten abrufen, um sie über Änderungen zu benachrichtigen, während andere Threads Abonnenten hinzufügen oder entfernen können.

Unterschiede zu anderen Typen

CopyOnWrite-Sammlungen erstellen bei jeder Änderung eine Kopie der Sammlung, um sicherzustellen, dass Leseoperationen nicht durch Datenänderungen blockiert werden, und bieten somit Threadsicherheit für Lesevorgänge, obwohl Schreiboperationen nicht threadsicher sind, da sie auf einer separaten Kopie der Sammlung erfolgen.

CopyOnWrite Ansichten:

Hinweis

Wie wir auf dem Bild sehen können, erstellen wir beim Hinzufügen eines neuen Elements eine Kopie dieser Datenstruktur. Alle Threads, die zuvor mit dieser Sammlung gearbeitet haben, werden ihre Arbeit ohne Probleme fortsetzen, da diese Änderungen die CopyOnWrite-Kopie, die sie verwenden, nicht beeinflussen!

CopyOnWriteArraySet

CopyOnWriteArraySet ist eine thread-sichere Implementierung eines Sets, die auf CopyOnWriteArrayList basiert. Sie gewährleistet Thread-Sicherheit, indem bei jeder Änderung, wie dem Hinzufügen oder Entfernen von Elementen, eine neue Kopie des Basissets erstellt wird.

Dieser Ansatz ist besonders nützlich, wenn das Set häufig gelesen und selten geändert wird, da es eine konsistente Ansicht des Sets für alle Threads bietet, ohne dass eine Synchronisation erforderlich ist.

CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList ist eine thread-sichere Variante von ArrayList, die Thread-Sicherheit gewährleistet, indem bei jeder Änderung eine neue Kopie des zugrunde liegenden Arrays erstellt wird.

Dieses Design bietet einen fehlertoleranten Iterator, der keine ConcurrentModificationException auslöst, da er auf einem Schnappschuss des Arrays arbeitet, der zum Zeitpunkt der Erstellung des Iterators aufgenommen wurde. Es ist am besten geeignet für Situationen, in denen Leseoperationen deutlich häufiger als Schreiboperationen sind, da der Aufwand, das gesamte Array bei jedem Schreibvorgang zu kopieren, erheblich sein kann.

Praktisches Beispiel eines Anwendungsfalls

Methoden der CopyOnWrite-Sammlung

addIfAbsent(E e): Fügt ein Element zur Liste hinzu, nur wenn es nicht bereits in der Liste/mehrfach vorhanden ist.

Main


              123456789101112131415161718192021
            
package com.example;

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();

        list.add("apple");
        list.add("banana");

        // Attempt to add a duplicate element
        list.addIfAbsent("apple"); // This will not add "apple" again

        // Adding a new element
        list.addIfAbsent("orange"); // This will add "orange"

        System.out.println(list);
        // Output: [apple, banana, orange]
    }
}

In diesem Beispiel wird "apple" nicht erneut hinzugefügt, da es bereits in der Liste existiert. Die addIfAbsent() Methode verhindert doppelte Einträge und bewahrt die Einzigartigkeit der Elemente.

addAllAbsent(Collection<? extends E> c): Fügt alle Elemente aus der angegebenen Sammlung zur Liste/mehrfach hinzu und ignoriert bereits vorhandene Elemente.

Main


              12345678910111213141516171819202122
            
package com.example;

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();

        list.add("apple");
        list.add("banana");

        List<String> newFruits = Arrays.asList("banana", "cherry", "date");

        // Adding elements from the collection, ignoring duplicates
        list.addAllAbsent(newFruits);

        System.out.println(list);
        // Output: [apple, banana, cherry, date]
    }
}

In diesem Beispiel ist "banana" bereits in der Liste vorhanden, daher wird addAllAbsent() es nicht erneut hinzufügen. Die Methode stellt sicher, dass nur einzigartige Elemente aus der bereitgestellten Sammlung zur Liste hinzugefügt werden.

Hinweis

Alle anderen Methoden der CopyOnWrite-Sammlungen sind ähnlich wie die ihrer übergeordneten Sammlungen; sie kopieren einfach den Zustand der Sammlung, wann immer Änderungen vorgenommen werden.

Einschränkungen und Vorteile

😔Einschränkungen:

CopyOnWrite-Sammlungen haben bemerkenswerte Einschränkungen. Sie verursachen einen Speicheraufwand, da bei jeder Änderung eine neue Kopie der Sammlung erstellt wird, was erheblich sein kann. Dieses Design macht sie weniger geeignet für Szenarien, in denen häufige Datenänderungen erforderlich sind.

💪Vorteile:

Auf der anderen Seite bieten CopyOnWrite-Sammlungen erhebliche Vorteile. Sie sind hoch effizient beim Lesen von Daten in einer multithreaded Umgebung. Diese Sammlungen funktionieren außergewöhnlich gut in Situationen, in denen Leseoperationen die Schreiboperationen deutlich überwiegen, was sie zu einer ausgezeichneten Wahl für solche Anwendungsfälle macht.

Hinweis

Aufgrund des Kopierens bei jeder Änderung können CopyOnWrite-Sammlungen mehr Speicher verbrauchen und sind nicht geeignet für Szenarien mit häufigen Schreiboperationen. Sie sind am effektivsten, wenn Leseoperationen gegenüber Schreiboperationen überwiegen.

1. Was passiert, wenn Sie die Methode `addIfAbsent(E e)` in CopyOnWriteArrayList aufrufen?

2. Warum sind `CopyOnWrite`-Sammlungen besonders geeignet für Szenarien mit häufigen Lesevorgängen und seltenen Datenänderungen?

War alles klar?

Danke für Ihr Feedback!

Abschnitt 2. Kapitel 7