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华为云ID ：wq765416999 第六周笔记## 集合框架简介- 集合可以看作是一种容器，用来存储对象信息。- 所有集合类都位于java.util包下，但支持多线程安全的集合类位于java.utilL.concurrent包下。- Java集合类主要由两个根接口Collection和Map派生出来的，Collection派生出了三个子接口:List、Set、Queue ( Java5新增的队列)，因此Java集合大致也可分成List、Set、Queue、Map四种接口体系。- List代表了有序可重复集合，可直接根据元素的索引来访问; set代表无序不可重复集合，只能根据元素本身来访问;Queue是队列集合;Map代表的是存储key-value对的集合，可根据元素的key来访问value。- Collections工具类 - Collections是一个操作Set、List和Map等集合的工具类。 - Collections中提供了一系列静态的方法对集合元素进行排序、查询和修改等操作，还提供了对集合对象设置不可变、对集合对象实现同步控制等方法。 - Collections中常用方法，都是静态方法### Collection接口之List#### List接口- List是有序集合，可以通过下标访问集合中的元素。List允许重复值，允许有多个null值。- List接口是Collection接口的子类。- List的实现类有LinkedList、ArrayList、Vector、Stack。#### ArrayList子类- ArrayList是List接口的常用实现类，底层采用数组实现，其容量能自动增长。- ArrayList特点是随机访问速度快，插入和移除性能较差。- ArrayList支持null元素、有序、元素可以重复、线程不安全#### LinkedList子类- LinkedList底层的数据结构是基于双向循环链表。- LinkedList是有序，可以重复，非同步的。- LinkedList最经常使用的两种数据结构:栈和队列。- LinkedList和ArrayList区别： - 时间复杂度：对于随机访问，ArrayList通过索引快速定位元素位置，而LinkedList需要对列表中元素挨个查找，所以ArrayList快于LinkedList。对于删除插入操作，ArrayList需要对数组重新排序，而且在数组装满的时候要将所有的数据重新装入一个新的数组，LinkedList只需添加一项Entry对象，所以LinkedList快于ArrayList。 - 空间复杂度：LinkedList需要更多的内存，因为ArrayList的每个索引的位置是实际的数据，而LinkedList中的每个节点中存储的是实际的数据和前后节点的位置。#### Vector子类- Vector类称作向量类，它实现了动态数组，用于元素数量变化的对象数组。- Vector集合也是以0开始的下标表示元素的位置。- 当Vector对象创建后，数组的元素个数会随着Vector集合中元素个数的增大和缩小而自动变化。- Vector类中的大多数方法是同步的，使用synchronized修饰的，Vector是线程安全的。### Collection接口之Set#### Set接口和简介- set接口继承自Collection接口，但是并没有对方法进行扩充，是Collection的子接口。Set接口中元素无序，并且会对元素进行对比，保证存入的元素不出现重复。- Set接口不允许重复元素，最多包含一个null。- Set接口的遍历方式:使用迭代器或增强for循环。- set接口主要有两个实现类，分别是HashSet和TreeSet。#### HashSet子类和API- HashSet是Set接口的一个实现类，它不保证Set的迭代顺序，无序存放。- Set接口的唯一性:底层依赖于hashCode()和equals()方法。#### TreeSet子类和API- TreeSet是set接口的一个实现类，主要作用是对象的排序及确定存入对象的唯一性。- TreeSet中的元素支持2种排序方式: 1. 自然排序，在元素中定义排序规则。元素自身具有比较性，实现Comparable接口，重写compareTo方法 2. 比较器排序，创建TreeSet时提供Comparator进行排序。实现Comparator接口，实现compare方法。### Collection接口之Map#### Map接口和简介- Map集合中存储的元素是一组键值对象，是key与value是一个映射。- Map提供了一个更通用的元素存储方法，每个键映射有一个值。- Map集合中一个key对应一个value，不能存在相同的key值，value值可以相同。- key和value之间存在单向一对一关系，即通过指定的key总能找到唯一确定的value。- Map接口的常用实现类有:HashMap、Hashtable、LinkedHashMap、TreeMap、ConcurrentHashMap#### Map集合和Collection集合区别:- Map集合存储元素是成对出现的，也就是键值对出现，而且键是不可以重复的。- Collection集合存储元素是一个一个存储的，也就是单一存储的。#### HashMap子类- HashMap根据键的hashCode值存储数据，大多数情况下可以直接定位到它的值，因而具有很快的访问速度,但遍历顺序却是不确定的。- HashMap由数组+链表组成的。- HashMap最多只允许一条记录的键为null，允许多条记录的值为null。- HashMap非线程安全，即同一时刻可以有多个线程同时操作HashMap，可能会导致数据的不一致。- 如果需要满足线程安全，可以用Collections的synchronizedMap方法使HashMap具有线程安全的能力，或者使用ConcurrentHashMap。#### LinkedHashMap子类- LinkedHashMap是链表和哈希表组合的一个数据存储结构。- LinkedHashMap存储数据是有序的。- LinkedHashMap是线程不安全的。#### ConcurrentHashMap子类- ConcurrentHashMap底层采用数组+链表+红黑树的存储结构。- ConcurrentHashMap 的key和value都不能为空。- ConcurrentHashMap 线程是安全的，支持高并发操作。- ConcurrentHashMap采用分段锁技术有效提升并发访问效率。#### Hashtable子类- Hashtable是线程同步安全的。- Hashtable的键和值不能为null。### Stream#### Stream概述- 流Stream是数据渠道，用于操作数据源集合、数组等所生成的元素序列。集合讲的是数据，流讲的是计算。- Stream不是数据结构，不会保存数据。- Stream不会修改原来的数据源，它会将操作后的数据保存到另外一个对象中。- Stream是惰性求值，流在中间处理过程中，只是对操作进行了记录，并不会立即执行，需要等到执行终止操作的时候才会进行实际的计算。#### Stream的操作流程和创建- Stream操作的三个步骤: 1. 创建Stream：一个数据源（集合、数组)，获取一个流。 2. 中间操作：一个中间操作链，对数据源的数据进行处理。 3. 终止操作：一个终止操作，执行中间操作链。并产生结果。#### Stream中间操作- 中间操作:中间操作会返回一个新的流，一个流可以后面跟随零个或多个intermediate操作。- 中间操作目的主要是打开流，做出某种程度的数据映射/过滤，然后会返回一个新的流，交给下一个操作使用。这类操作都是惰性化的，就是说，仅仅调用到这类方法，并没有真正开始流的遍历。而是在终端操作开始的时候才真正开始执行。#### Stream的串行流和并行流- Stream的串行流: - 所有的collection集合都可以通过stream默认方法获取流: list.stream(); - Stream接口的静态方法of可以获取数组对应的流:Stream.of(6,1,5,4,3);- Stream的并行流:并行流是把一个内容分成多个数据块，并用不同的线程分别处理每个数据块的流。

华为云ID： wq765416999 + 第五周笔记线程2### 线程的同步和安全- 线程安全问题：1. 设计并发编程的目的是为了使程序获得更高的执行效率，但绝不能出现数据一致性出错的问题。2. 如果并发程序连基本的执行结果准确性都无法保证，那并发编程就没有意义。- 为什么会出现数据不正确：如果一个资源（变量、对象、文件、数据库）可以同时被很多线程使用就会出现数据不一致问题，也就是我们说的线程安全问题。这样的资源被称为共享资源或临界区。- 线程的互斥访问之synchronized：- 互斥锁：顾名思义就是互斥访问目的的锁，如果对临界资源加上互斥锁，当一个线程在访问临界资源时，其他线程便只能等待。在java中，每一个对象都拥有一个锁标记，也称为监视器，多线程同时访问某个对象时，只有拥有该对象锁的线程才能访问。- 同步代码块：控制竞争资源的正确的安全访问，因此只要在访问竞争资源的时候保证同一时刻，只能一个线程访问即可，所以引入了同步代码块的策略，以提高性能。- synchronized(obj){同步代码块;}- obj叫做同步监视器（即锁对象），任何线程进入下面同步代码块之前必须先获得对obj的锁；其他线程无法获得锁。- 锁对象可以是任意对象，但必须保证是同一对象任何时刻只能有一个线程可以获得对同步监视器的锁定。当同步代码块执行完成后该线程会释放对该同步监视器的锁定。### 线程的死锁- 当一个线程永远地持有一个锁，并且其他线程都尝试去获得这个锁时，那么它们将永远被阻塞。- 如果线程A持有锁L并且想获得锁M，线程B持有锁M并且想获得锁L，那么这两个线程将永远等待下去，这种情况就是最简单的死锁形式。### 线程的明锁：Lock对象- 在java5中，专门提供了锁对象Lock，利用锁可以方便的实现资源的封锁，用来竞争资源并发访问的控制。- Lock所有加锁和解锁的方式都是显式的。- Lock.lock()：获取锁 Lock.unlock()：释放锁- Lock与synchronize对比：1. lock不是java语言内置的，synchronize是java语言的关键字，因此是内置特性。Lock是一个类，通过这个类可以实现同步访问。2. synchronized不需要手动释放锁，当synchronized方法或者synchronized代码块执行完之后，系统会自动让线程释放对锁的占用；而Lock则必须要用户手动释放锁，如果没有主动释放锁，就有可能导致出现死锁现象。### JUC并发包- ThreadLocal线程范围内的共享变量：线程范围内的共享变量，每个线程只能访问自己的数据，不能访问别的线程数据。- 每个线程调用全局ThreadLocal对象的set方法，就相当于往其内部的map中增加一条记录，key分别是各自的线程，value是各自的set方法传进去的值。- volatile关键字可以用来修饰字段（成员变量)，就是告知程序任何对该变量的访问均需要从共享内存中获取，而对它的改变必须同步刷新回共享内存，它能保证所有线程对变量访问的可见性- volatile的作用：使变量在多个线程间可见，但是无法保证原子性。需要注意的是一般volatile用于只针对多个线程可见的变量操作，并不能代替synchronized的同步功能。- 线程池的作用：1. 降低资源消耗：通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。2. 提高响应速度：当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。3. 提高线程的可管理性：线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。- 线程池的应用场景：请求频繁，考虑到服务的并发问题，如果每个请求来到后，服务都为它启动一个线程,那么这对服务的资源可能会造成很大的浪费。#### 线程的同步工具类：CountDownLatch- CountDownLatch同步辅助类，在完成一组正在其他线程中执行的操作之前，它允许一个或多个线程一直等待。- CountDownLatch类是一个同步计数器，构造时传入int参数，该参数就是计数器的初始值，每调用countDown()方法，计数器减1，计数器大于0时，await()方法会阻塞程序继续执行。- 由于调用了countDown()方法，所以在当前计数到达零之前，await()方法会一直受阻塞。之后，会释放所有等待的线程，await()的所有后续调用都将立即返回。这种现象只出现一次，计数无法被重置。一个或多个线程，等待另外N个线程完成某个事情之后，才能执行。- CountDownLatch最重要的方法是countDown()和await()#### 线程同步辅助类：CyclicBarrier- CyclicBarrier允许一组线程互相等待，直到到达某个公共屏障点(common barrier point)。因为该barrier在释放等待线程后可以重用，所以称它为循环的barrier。#### 线程同步工具类Semaphore- Semaphore是一个计数信号量，它的本质是一个共享锁，是基于AQS实现的，通过state变量来实现共享。通过调用acquire方法，对state值减去一，当调用release的时候，对state值加一。当state变量小于0的时候，在AQS队列中阻塞等待。#### 线程的交换类Exchanger- Exchanger(交换者)是一个用于线程间协作的工具类，Exchanger用于进行线程间的数据交换。- 它提供一个同步点，在这个同步点，两个线程可以交换彼此的数据。- 这两个线程通过exchange()交换数据：如果第一个线程先执行 exchange()方法，它会一直等待第二个线程也执行exchange()，当两个线程都到达同步点时，这两个线程就可以交换数据，将本线程生产出来的数据传递给对方。#### 线程的Fork/Join机制- Fork/Join框架是Java7提供一个用于并行执行任务的框架，是一个把大任务分割成若干个小任务，最终汇总每个小任务结果后得到大任务结果的框架。#### 线程的锁的synchronized和Lock、volatile区别1. synchronized和volatile区别:- volatile关键字解决的是变量在多个线程之间的可见性;而sychronized关键字解决的是多个线程之间访问共享资源的同步性。- volatile只能用于修饰变量，而synchronized可以修饰方法，以及代码块。- 多线程访问volatile不会发生阻塞，而sychronized会出现阻塞。- volatile能保证变量在多个线程之间的可见性，但不能保证原子性;而sychronized可以保证原子性，也可以间接保证可见性，因为它会将私有内存和公有内存中的数据做同步。2. synchronized和Lock区别:- Lock是一个接口，而synchronized是Java中的关键字，synchronized是内置的语言实现。- synchronized在发生异常时，会自动释放线程占有的锁，因此不会导致死锁现象发生;而Lock在发生异常时，如果没有主动通过unLock()去释放锁，则很可能造成死锁现象，因此使用Lock时需要在finally块中释放锁;- Lock可以提高多个线程进行读操作的效率（读写锁）。#### 线程的读写分离机制：ReadWriteLock- ReadWriteLock：顾名思义，是读写锁:它维护了一对相关的锁“读取锁”和“写入锁”，一个用于读取操作，另一个用于写入操作。- 读取锁用于只读操作，它是共享锁，能同时被多个线程获取。- 写入锁用于写入操作，它是独占锁，写入锁只能被一个线程锁获取。- 不能同时存在读取锁和写入锁，可以读/读，但不能读/写、写/写。