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

Beispiele für die Verwendung von Collections-Methoden

Hinweis

Heute werden wir hauptsächlich Methoden betrachten, die helfen, thread-sichere Sammlungen zu erstellen.

Methoden für Sammlungen

Hier sind einige wichtige Methoden, die von der Klasse bereitgestellt werden, um synchronisierte Collections Sammlungen zu erstellen:

synchronizedList(List<T> list): Gibt eine synchronisierte (thread-sichere) Liste zurück, die denselben Vertrag wie die übergebene Liste unterstützt.

Main


              1
            
List<Object> listSync = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());

synchronizedSet(Set<T> set): Gibt eine synchronisierte (thread-sichere) Menge zurück, die denselben Vertrag wie die übergebene Menge unterstützt.

Main


              1
            
Set<Object> setSync = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());

synchronizedMap(Map<K, V> m): Gibt eine synchronisierte (thread-sichere) Karte zurück, die denselben Vertrag wie die übergebene Karte unterstützt.

Main


              1
            
Map<Object, Object> mapSync = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());

unmodifiableList(List<? extends T> list): Gibt eine unveränderliche Liste zurück, die dieselben Elemente wie die angegebene Liste enthält.

Main


              123456789101112131415
            
package com.example;

import java.util.Collections;
import java.util.List;
import java.util.ArrayList;

public class Main {
  public static void main(String[] args) {

        List<Integer> unmodifiableList = Collections.unmodifiableList(new ArrayList<>(List.of(1,2,3)));

        System.out.println(unmodifiableList); // output [1,2,3]
        unmodifiableList.add(4); // throw exception `UnsupportedOperationException`
    }
}

unmodifiableMap(Map<? extends K, ? extends V> m): Gibt eine unveränderliche Karte zurück, die die gleichen Zuordnungen wie die angegebene Karte enthält.

Main


              12345678910111213
            
package com.example;

import java.util.Collections;
import java.util.Map;
import java.util.HashMap;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {

        Map<Integer, Integer> unmodifiableMap = Collections.unmodifiableMap(new HashMap<>());
        unmodifiableMap.put(1, 2); // exception `UnsupportedOperationException`
    }
}

unmodifiableSet(Set<? extends T> set): Gibt eine unveränderliche Menge zurück, die die gleichen Elemente wie die angegebene Menge enthält.

Main


              12345678910111213
            
package com.example;

import java.util.Collections;
import java.util.Set;
import java.util.HashSet;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {

        Set<Integer> unmodifiableSet = Collections.unmodifiableSet(new HashSet<>());
        unmodifiableSet.add(4); // exception `UnsupportedOperationException`
    }
}

Was ist dann der Unterschied zwischen dem Erstellen synchronisierter Sammlungen durch normale Implementierungen (die in den vorherigen Kapiteln besprochen wurden) und der Verwendung von Collections-Methoden?

Schauen wir uns den Unterschied anhand einer Map-Sammlung als Beispiel an

Unterschiede zwischen der Verwendung von ConcurrentHashMap und synchronizedMap()

ConcurrentHashMap verwendet eine fortschrittliche Methode, die als Lock-Splitting bekannt ist, bei der die Map in Segmente unterteilt wird und Operationen nur auf Segmentebene synchronisiert werden. Dieser Ansatz ermöglicht es mehreren Threads, gleichzeitig Daten in verschiedenen Segmenten der Map zu lesen und zu schreiben, was die Parallelität und Leistung verbessert.

Die Methode synchronizedMap() umhüllt die ursprüngliche Karte in ein synchronisiertes Proxy-Objekt. Alle Methoden dieses Proxy-Objekts sind synchronisiert, um Thread-Sicherheit zu gewährleisten. Diese Vorgehensweise kann jedoch die Leistung in einer Multithread-Umgebung aufgrund der hohen Sperrfrequenz beeinträchtigen.

Zum Beispiel, wenn ConcurrentHashMap in verschiedene Buckets schreibt, werden sich die Threads nicht gegenseitig blockieren. Wenn jedoch ein Bucket von 2 Threads zugegriffen wird, wird einer von ihnen warten. Andererseits, wenn die Sammlung über synchronizedMap() erstellt wird, wird nur 1 Thread Zugriff auf alle Buckets haben, und die gesamte Karte ist blockiert.

Das bedeutet, dass bis ein Thread seine Arbeit beendet, andere Threads nicht eintreten können. Infolgedessen werden Operationen in ConcurrentHashMap einfach schneller ausgeführt.

Auch in Collections gibt es andere Methoden für die bequeme Arbeit mit Collections:

Hinweis

Die Collections-Klasse bietet bequeme Methoden für die Arbeit mit Collections in Java, die häufig verwendete Operationen vereinfachen. Synchronisierte Collections, die über Collections-Methoden erstellt werden, sind nützlich für die Thread-Sicherheit, aber für komplexere Multithreading-Aufgaben ist es besser, Collections aus dem java.util.concurrent-Paket zu verwenden.

1. Welche Methode in der Collections-Klasse wird verwendet, um eine unveränderliche Liste zu erstellen?

2. Welche der folgenden Methoden in der `Collections`-Klasse gibt eine thread-sichere Map zurück?

3. Was ist der Unterschied zwischen ConcurrentHashMap und synchronizedMap?

War alles klar?

Danke für Ihr Feedback!

Abschnitt 2. Kapitel 8

Multithreading in Java

Beispiele für die Verwendung von Collections-Methoden

Methoden für Sammlungen

Unterschiede zwischen der Verwendung von ConcurrentHashMap und synchronizedMap()

Auch in Collections gibt es andere Methoden für die bequeme Arbeit mit Collections:

1. Welche Methode in der Collections-Klasse wird verwendet, um eine unveränderliche Liste zu erstellen?

2. Welche der folgenden Methoden in der Collections-Klasse gibt eine thread-sichere Map zurück?

3. Was ist der Unterschied zwischen ConcurrentHashMap und synchronizedMap?

2. Welche der folgenden Methoden in der `Collections`-Klasse gibt eine thread-sichere Map zurück?