並行コレクション

概要

Java はマルチスレッド環境かんきょうで安全あんぜんにデータを操作そうさするための様々さまざまなスレッドセーフなコレクションクラスを提供ていきょうしている。

スレッドセーフオプション比較

BlockingQueue ブロッキングキュー

BlockingQueue はブロッキング操作そうさを対応たいおうする FIFO キュー。

実装クラス

操作メソッド

動作どうさ説明せつめい：

• 例外れいがいスロー：
  • キューが満杯まんぱいの時とき、add() は IllegalStateException: Queue full をスロー
  • キューが空からの時とき、remove() は NoSuchElementException をスロー
• 特殊とくしゅ値ち：
  • offer() 成功せいこうで true、失敗しっぱいで false を返かえす
  • poll() 成功せいこうで要素ようそ、失敗しっぱいで null を返かえす
• ブロッキング：
  • キューが満杯まんぱいの時とき、put() は空あきができるまでブロック
  • キューが空からの時とき、take() は要素ようそができるまでブロック
• タイムアウト：
  • 指定してい時間じかんブロック後ご、タイムアウトで終了しゅうりょう

ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap はスレッドセーフな HashMap 実装じっそう。

ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();
map.put("key1", 1);
map.putIfAbsent("key2", 2);  // アトミック操作
map.compute("key1", (k, v) -> v + 1);  // アトミック操作

CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList はスレッドセーフな ArrayList 変種へんしゅ。

CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
list.add("item1");
list.add("item2");

// イテレーション中に安全に修正可能
for (String item : list) {
    System.out.println(item);
    list.add("newItem");  // ConcurrentModificationException をスローしない
}

スレッドセーフなデータ構造

以下いかは一般的いっぱんてきな並行へいこうデータ構造こうぞう：

Lock-Free データ構造

技術原理

Lock-Free データ構造こうぞうは主おもに CAS（Compare and Swap）操作そうさを使用しようして実装じっそうされる。

実装例

• Lock-Free Stack
• Lock-Free LinkedList
• Disruptor
• Ring Buffer
• ConcurrentLinkedQueue
• ConcurrentLinkedDeque
• AtomicXXX クラス（AtomicInteger, AtomicLong, AtomicReference など）

AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);
counter.incrementAndGet();  // アトミックインクリメント
counter.compareAndSet(1, 2);  // CAS 操作

ArrayList vs Vector

Collection のスレッドセーフ選択

  flowchart TB
    Q{スレッドセーフが必要?}
    Q -->|いいえ| A[ArrayList / HashMap]
    Q -->|はい| S{読み書き比率?}
    S -->|読み多く書き少ない| C[CopyOnWriteArrayList]
    S -->|読み書き均衡| CH[ConcurrentHashMap / Collections.synchronized*]
    S -->|ブロッキング必要| B[BlockingQueue 系列]

参考リソース

• Java Thread Practices Collection