作者：acupt
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前言
不考慮多線程并發(fā)的情況下，容器類一般使用ArrayList、HashMap等線程不安全的類，效率更高。在并發(fā)場景下，常會用到ConcurrentHashMap、ArrayBlockingQueue等線程安全的容器類，雖然犧牲了一些效率，但卻得到了安全。
上面提到的線程安全容器都在java.util.concurrent包下，這個包下并發(fā)容器不少，今天全部翻出來鼓搗一下。
僅做簡單介紹，后續(xù)再分別深入探索。
并發(fā)容器介紹
ConcurrentHashMap：并發(fā)版HashMap
CopyOnWriteArrayList：并發(fā)版ArrayList
CopyOnWriteArraySet：并發(fā)Set
ConcurrentLinkedQueue：并發(fā)隊列(基于鏈表)
ConcurrentLinkedDeque：并發(fā)隊列(基于雙向鏈表)
ConcurrentSkipListMap：基于跳表的并發(fā)Map
ConcurrentSkipListSet：基于跳表的并發(fā)Set
ArrayBlockingQueue：阻塞隊列(基于數(shù)組)
LinkedBlockingQueue：阻塞隊列(基于鏈表)
LinkedBlockingDeque：阻塞隊列(基于雙向鏈表)
PriorityBlockingQueue：線程安全的優(yōu)先隊列
SynchronousQueue：讀寫成對的隊列
LinkedTransferQueue：基于鏈表的數(shù)據(jù)交換隊列
DelayQueue：延時隊列
1.ConcurrentHashMap 并發(fā)版HashMap
最常見的并發(fā)容器之一，可以用作并發(fā)場景下的緩存。底層依然是哈希表，但在JAVA 8中有了不小的改變，而JAVA 7和JAVA 8都是用的比較多的版本，因此經(jīng)常會將這兩個版本的實現(xiàn)方式做一些比較（比如面試中）。
一個比較大的差異就是，JAVA 7中采用分段鎖來減少鎖的競爭，JAVA 8中放棄了分段鎖，采用CAS（一種樂觀鎖），同時為了防止哈希沖突嚴重時退化成鏈表（沖突時會在該位置生成一個鏈表，哈希值相同的對象就鏈在一起），會在鏈表長度達到閾值（8）后轉(zhuǎn)換成紅黑樹（比起鏈表，樹的查詢效率更穩(wěn)定）。
2.CopyOnWriteArrayList 并發(fā)版ArrayList
并發(fā)版ArrayList，底層結(jié)構(gòu)也是數(shù)組，和ArrayList不同之處在于：當新增和刪除元素時會創(chuàng)建一個新的數(shù)組，在新的數(shù)組中增加或者排除指定對象，最后用新增數(shù)組替換原來的數(shù)組。
適用場景：由于讀操作不加鎖，寫（增、刪、改）操作加鎖，因此適用于讀多寫少的場景。
局限：由于讀的時候不會加鎖（讀的效率高，就和普通ArrayList一樣），讀取的當前副本，因此可能讀取到臟數(shù)據(jù)。如果介意，建議不用。
看看源碼感受下：
public?class?CopyOnWriteArrayList????implements?List ,?RandomAccess,?Cloneable,?java.io.Serializable?{ ????final?transient?ReentrantLock?lock?=?new?ReentrantLock(); ????private?transient?volatile?Object[]?array; ????//?添加元素，有鎖 ????public?boolean?add(E?e)?{ ????????final?ReentrantLock?lock?=?this.lock; ????????lock.lock();?//?修改時加鎖，保證并發(fā)安全 ????????try?{ ????????????Object[]?elements?=?getArray();?//?當前數(shù)組 ????????????int?len?=?elements.length; ????????????Object[]?newElements?=?Arrays.copyOf(elements,?len?+?1);?//?創(chuàng)建一個新數(shù)組，比老的大一個空間 ????????????newElements[len]?=?e;?//?要添加的元素放進新數(shù)組 ????????????setArray(newElements);?//?用新數(shù)組替換原來的數(shù)組 ????????????return?true; ????????}?finally?{ ????????????lock.unlock();?//?解鎖 ????????} ????} ????//?讀元素，不加鎖，因此可能讀取到舊數(shù)據(jù) ????public?E?get(int?index)?{ ????????return?get(getArray(),?index); ????}}
3.CopyOnWriteArraySet 并發(fā)Set
基于CopyOnWriteArrayList實現(xiàn)（內(nèi)含一個CopyOnWriteArrayList成員變量），也就是說底層是一個數(shù)組，意味著每次add都要遍歷整個集合才能知道是否存在，不存在時需要插入（加鎖）。
適用場景：在CopyOnWriteArrayList適用場景下加一個，集合別太大（全部遍歷傷不起）。
4.ConcurrentLinkedQueue 并發(fā)隊列(基于鏈表)
基于鏈表實現(xiàn)的并發(fā)隊列，使用樂觀鎖(CAS)保證線程安全。因為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是鏈表，所以理論上是沒有隊列大小限制的，也就是說添加數(shù)據(jù)一定能成功。
5.ConcurrentLinkedDeque 并發(fā)隊列(基于雙向鏈表)
基于雙向鏈表實現(xiàn)的并發(fā)隊列，可以分別對頭尾進行操作，因此除了先進先出(FIFO)，也可以先進后出（FILO），當然先進后出的話應(yīng)該叫它棧了。
6.ConcurrentSkipListMap 基于跳表的并發(fā)Map
SkipList即跳表，跳表是一種空間換時間的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過冗余數(shù)據(jù)，將鏈表一層一層索引，達到類似二分查找的效果
7.ConcurrentSkipListSet 基于跳表的并發(fā)Set
類似HashSet和HashMap的關(guān)系，ConcurrentSkipListSet里面就是一個ConcurrentSkipListMap，就不細說了。
8.ArrayBlockingQueue 阻塞隊列(基于數(shù)組)
基于數(shù)組實現(xiàn)的可阻塞隊列，構(gòu)造時必須制定數(shù)組大小，往里面放東西時如果數(shù)組滿了便會阻塞直到有位置（也支持直接返回和超時等待），通過一個鎖ReentrantLock保證線程安全。
用offer操作舉個例子：
public?class?ArrayBlockingQueue?extends?AbstractQueue ????????implements?BlockingQueue ,?java.io.Serializable?{ ????/** ?????*?讀寫共用此鎖，線程間通過下面兩個Condition通信 ?????*?這兩個Condition和lock有緊密聯(lián)系（就是lock的方法生成的） ?????*?類似Object的wait/notify ?????*/ ????final?ReentrantLock?lock; ????/**?隊列不為空的信號，取數(shù)據(jù)的線程需要關(guān)注?*/ ????private?final?Condition?notEmpty; ????/**?隊列沒滿的信號，寫數(shù)據(jù)的線程需要關(guān)注?*/ ????private?final?Condition?notFull; ????//?一直阻塞直到有東西可以拿出來 ????public?E?take()?throws?InterruptedException?{ ????????final?ReentrantLock?lock?=?this.lock; ????????lock.lockInterruptibly(); ????????try?{ ????????????while?(count?==?0) ????????????????notEmpty.await(); ????????????return?dequeue(); ????????}?finally?{ ????????????lock.unlock(); ????????} ????} ????//?在尾部插入一個元素，隊列已滿時等待指定時間，如果還是不能插入則返回 ????public?boolean?offer(E?e,?long?timeout,?TimeUnit?unit) ????????throws?InterruptedException?{ ????????checkNotNull(e); ????????long?nanos?=?unit.toNanos(timeout); ????????final?ReentrantLock?lock?=?this.lock; ????????lock.lockInterruptibly();?//?鎖住 ????????try?{ ????????????//?循環(huán)等待直到隊列有空閑 ????????????while?(count?==?items.length)?{ ????????????????if?(nanos?<=?0) ????????????????????return?false;//?等待超時，返回 ????????????????//?暫時放出鎖，等待一段時間（可能被提前喚醒并搶到鎖，所以需要循環(huán)判斷條件） ????????????????//?這段時間可能其他線程取走了元素，這樣就有機會插入了 ????????????????nanos?=?notFull.awaitNanos(nanos); ????????????} ????????????enqueue(e);//插入一個元素 ????????????return?true; ????????}?finally?{ ????????????lock.unlock();?//解鎖 ????????} ????}
乍一看會有點疑惑，讀和寫都是同一個鎖，那要是空的時候正好一個讀線程來了不會一直阻塞嗎？
答案就在notEmpty、notFull里，這兩個出自lock的小東西讓鎖有了類似synchronized + wait + notify的功能。傳送門 → 終于搞懂了sleep/wait/notify/notifyAll
9.LinkedBlockingQueue 阻塞隊列(基于鏈表)
基于鏈表實現(xiàn)的阻塞隊列，想比與不阻塞的ConcurrentLinkedQueue，它多了一個容量限制，如果不設(shè)置默認為int最大值。
10.LinkedBlockingDeque 阻塞隊列(基于雙向鏈表)
類似LinkedBlockingQueue，但提供了雙向鏈表特有的操作。
11.PriorityBlockingQueue 線程安全的優(yōu)先隊列
構(gòu)造時可以傳入一個比較器，可以看做放進去的元素會被排序，然后讀取的時候按順序消費。某些低優(yōu)先級的元素可能長期無法被消費，因為不斷有更高優(yōu)先級的元素進來。
12.SynchronousQueue 數(shù)據(jù)同步交換的隊列
一個虛假的隊列，因為它實際上沒有真正用于存儲元素的空間，每個插入操作都必須有對應(yīng)的取出操作，沒取出時無法繼續(xù)放入。
一個簡單的例子感受一下：
重慶分公司
重慶分公司
import?java.util.concurrent.*;public?class?Main?{
????public?static?void?main(String[]?args)?{
????????SynchronousQueue?queue?=?new?SynchronousQueue<>();
????????new?Thread(()?->?{
????????????try?{
????????????????//?沒有休息，瘋狂寫入
????????????????for?(int?i?=?0;?;?i++)?{
????????????????????System.out.println("放入:?"?+?i);
????????????????????queue.put(i);
????????????????}
????????????}?catch?(InterruptedException?e)?{
????????????????e.printStackTrace();
????????????}
????????}).start();
????????new?Thread(()?->?{
????????????try?{
????????????????//?咸魚模式取數(shù)據(jù)
????????????????while?(true)?{
????????????????????System.out.println("取出:?"?+?queue.take());
????????????????????Thread.sleep((long)?(Math.random()?*?2000));
????????????????}
????????????}?catch?(InterruptedException?e)?{
????????????????e.printStackTrace();
????????????}
????????}).start();
????}}/*?輸出:
放入:?0
取出:?0
放入:?1
取出:?1
放入:?2
取出:?2
放入:?3
取出:?3
*/ 可以看到，寫入的線程沒有任何sleep，可以說是全力往隊列放東西，而讀取的線程又很不積極，讀一個又sleep一會。輸出的結(jié)果卻是讀寫操作成對出現(xiàn)。
JAVA中一個使用場景就是Executors.newCachedThreadPool()，創(chuàng)建一個緩存線程池。
public?static?ExecutorService?newCachedThreadPool()?{
????return?new?ThreadPoolExecutor(
????????0,?//?核心線程為0，沒用的線程都被無情拋棄
????????Integer.MAX_VALUE,?//?最大線程數(shù)理論上是無限了，還沒到這個值機器資源就被掏空了
????????60L,?TimeUnit.SECONDS,?//?閑置線程60秒后銷毀
????????new?SynchronousQueue());?//?offer時如果沒有空閑線程取出任務(wù)，則會失敗，線程池就會新建一個線程
} 13.LinkedTransferQueue 基于鏈表的數(shù)據(jù)交換隊列
實現(xiàn)了接口TransferQueue，通過transfer方法放入元素時，如果發(fā)現(xiàn)有線程在阻塞在取元素，會直接把這個元素給等待線程。如果沒有人等著消費，那么會把這個元素放到隊列尾部，并且此方法阻塞直到有人讀取這個元素。和SynchronousQueue有點像，但比它更強大。
14.DelayQueue 延時隊列
可以使放入隊列的元素在指定的延時后才被消費者取出，元素需要實現(xiàn)Delayed接口。
總結(jié)
上面簡單介紹了JAVA并發(fā)包下的一些容器類，知道有這些東西，遇到合適的場景時就能想起有個現(xiàn)成的東西可以用了。想要知其所以然，后續(xù)還得再深入探索一番。
最后
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