java併發包詳解-3
一 JDK 提供的併發容器總結
二 ConcurrentHashMap
三 CopyOnWriteArrayList
3.1 CopyOnWriteArrayList 簡介
3.2 CopyOnWriteArrayList 是如何做到的？
3.3 CopyOnWriteArrayList 讀取和寫入原始碼簡單分析
3.3.1 CopyOnWriteArrayList 讀取操作的實現
3.3.2 CopyOnWriteArrayList 寫入操作的實現
四 ConcurrentLinkedQueue
五 BlockingQueue
5.1 BlockingQueue 簡單介紹
5.2 ArrayBlockingQueue
5.3 LinkedBlockingQueue
5.4 PriorityBlockingQueue
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ConcurrentHashMap： 執行緒安全的HashMap
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CopyOnWriteArrayList: 執行緒安全的List，在讀多寫少的場合效能非常好，遠遠好於Vector.
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ConcurrentLinkedQueue：高效的併發佇列，使用連結串列實現。可以看做一個執行緒安全的 LinkedList，這是一個非阻塞佇列。
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BlockingQueue:
這是一個介面，JDK內部通過連結串列、陣列等方式實現了這個介面。表示阻塞佇列，非常適合用於作為資料共享的通道。
JDK1.7
jdk 1.8示例圖:
ConcurrentHashMap取消了Segment分段鎖，採用CAS和synchronized來保證併發安全。資料結構跟HashMap1.8的結構類似，陣列+連結串列/紅黑二叉樹。
synchronized只鎖定當前連結串列或紅黑二叉樹的首節點，這樣只要hash不衝突，就不會產生併發，效率又提升N倍。
3.1 CopyOnWriteArrayList 簡介
public class CopyOnWriteArrayList<E>
extends Object
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, Serializable
在很多應用場景中，讀操作可能會遠遠大於寫操作。由於讀操作根本不會修改原有的資料，因此對於每次讀取都進行加鎖其實是一種資源浪費。我們應該允許多個執行緒同時訪問List的內部資料，畢竟讀取操作是安全的。
這和我們之前在多執行緒章節講過 ReentrantReadWriteLock 讀寫鎖的思想非常類似，也就是讀讀共享、寫寫互斥、讀寫互斥、寫讀互斥。JDK中提供了 CopyOnWriteArravList 類比相比於在讀寫鎖的思想又更進一步。為了將讀取的效能發揮到極致，CopyOnWriteArravList 讀取是完全不用加鎖的，並且更厲害的是：寫入也不會阻塞讀取操作。只有寫入和寫入之間需要進行同步等待。這樣一來，讀操作的效能就會大幅度提升。那它是怎麼做的呢？
3.2 CopyOnWriteArravList 是如何做到的？
CopyOnWriteArravList 類的所有可變操作（add，set等等）都是通過建立底層陣列的新副本來實現的。當 List 需要被修改的時候，我並不修改原有內容，而是對原有資料進行一次複製，將修改的內容寫入副本。寫完之後，再將修改完的副本替換原來的資料，這樣就可以保證寫操作不會影響讀操作了。
從 CopyOnWriteArravList 的名字就能看出CopyOnWriteArravList 是滿足CopyOnWrite 的ArrayList，所謂CopyOnWrite 也就是說：在計算機，如果你想要對一塊記憶體進行修改時，我們不在原有記憶體塊中進行寫操作，而是將記憶體拷貝一份，在新的記憶體中進行寫操作，寫完之後呢，就將指向原來記憶體指標指向新的記憶體，原來的記憶體就可以被回收掉了。
3.3 CopyOnWriteArrayList 讀取和寫入原始碼簡單分析
3.3.1 CopyOnWriteArravList 讀取操作的實現
讀取操作沒有任何同步控制和鎖操作，理由就是內部陣列 array 不會發生修改，只會被另外一個 array 替換，因此可以保證資料安全。
/** The array, accessed only via getArray/setArray. */
private transient volatile Object[] array;
public E get(int index) {
return get(getArray(), index);
}
@SuppressWarnings("unchecked")
private E get(Object[] a, int index) {
return (E) a[index];
}
final Object[] getArray() {
return array;
}
3.3.2 CopyOnWriteArravList 寫入操作的實現
CopyOnWriteArravList 寫入操作 add() 方法在新增元素的時候加了鎖，保證了同步，避免了多執行緒寫的時候會 copy 出多個副本出來。
/**
* Appends the specified element to the end of this list.
*
* @param e element to be appended to this list
* @return {@code true} (as specified by {@link Collection#add})
*/
public boolean add(E e) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();//加鎖
try {
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);//拷貝新陣列
newElements[len] = e;
setArray(newElements);
return true;
} finally {
lock.unlock();//釋放鎖
}
}
四 ConcurrentLinkedQueue
Java提供的執行緒安全的 Queue 可以分為阻塞佇列和非阻塞佇列，其中阻塞佇列的典型例子是 BlockingQueue，非阻塞佇列的典型例子是ConcurrentLinkedQueue，在實際應用中要根據實際需要選用阻塞佇列或者非阻塞佇列。 阻塞佇列可以通過加鎖來實現，非阻塞佇列可以通過 CAS 操作實現。
從名字可以看出，ConcurrentLinkedQueue這個佇列使用連結串列作為其資料結構．ConcurrentLinkedQueue 應該算是在高併發環境中效能最好的隊列了。它之所有能有很好的效能，是因為其內部複雜的實現。
ConcurrentLinkedQueue 內部程式碼我們就不分析了，大家知道ConcurrentLinkedQueue 主要使用 CAS 非阻塞演算法來實現執行緒安全就好了。
ConcurrentLinkedQueue 適合在對效能要求相對較高，同時對佇列的讀寫存在多個執行緒同時進行的場景。
五 BlockingQueue
5.1 BlockingQueue 簡單介紹
上面我們己經提到了 ConcurrentLinkedQueue 作為高效能的非阻塞佇列。下面我們要講到的是阻塞佇列——BlockingQueue。阻塞佇列（BlockingQueue）被廣泛使用在“生產者-消費者”問題中，其原因是BlockingQueue提供了可阻塞的插入和移除的方法。當佇列容器已滿，生產者執行緒會被阻塞，直到佇列未滿；當佇列容器為空時，消費者執行緒會被阻塞，直至佇列非空時為止。
BlockingQueue 是一個介面，繼承自 Queue，所以其實現類也可以作為 Queue 的實現來使用，而 Queue 又繼承自 Collection 介面。下面是 BlockingQueue 的相關實現類：
BlockingQueue 的實現類
下面主要介紹一下:ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue，這三個 BlockingQueue 的實現類。
5.2 ArrayBlockingQueue
ArrayBlockingQueue 是 BlockingQueue 介面的有界佇列實現類，底層採用陣列來實現。ArrayBlockingQueue一旦建立，容量不能改變。其併發控制採用可重入鎖來控制，不管是插入操作還是讀取操作，都需要獲取到鎖才能進行操作。當佇列容量滿時，嘗試將元素放入佇列將導致操作阻塞;嘗試從一個空佇列中取一個元素也會同樣阻塞。
ArrayBlockingQueue 預設情況下不能保證執行緒訪問佇列的公平性，所謂公平性是指嚴格按照執行緒等待的絕對時間順序，即最先等待的執行緒能夠最先訪問到 ArrayBlockingQueue。而非公平性則是指訪問 ArrayBlockingQueue 的順序不是遵守嚴格的時間順序，有可能存在，當 ArrayBlockingQueue 可以被訪問時，長時間阻塞的執行緒依然無法訪問到 ArrayBlockingQueue。如果保證公平性，通常會降低吞吐量。如果需要獲得公平性的 ArrayBlockingQueue，可採用如下程式碼：
private static ArrayBlockingQueue<Integer> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<Integer>(10,true);
5.3 LinkedBlockingQueue
LinkedBlockingQueue 底層基於單向連結串列實現的阻塞佇列，可以當做無界佇列也可以當做有界佇列來使用，同樣滿足FIFO的特性，與ArrayBlockingQueue 相比起來具有更高的吞吐量，為了防止 LinkedBlockingQueue 容量迅速增，損耗大量記憶體。通常在建立LinkedBlockingQueue 物件時，會指定其大小，如果未指定，容量等於Integer.MAX_VALUE。
相關構造方法:
/**
*某種意義上的無界佇列
* Creates a {@code LinkedBlockingQueue} with a capacity of
* {@link Integer#MAX_VALUE}.
*/
public LinkedBlockingQueue() {
this(Integer.MAX_VALUE);
}
/**
*有界佇列
* Creates a {@code LinkedBlockingQueue} with the given (fixed) capacity.
*
* @param capacity the capacity of this queue
* @throws IllegalArgumentException if {@code capacity} is not greater
* than zero
*/
public LinkedBlockingQueue(int capacity) {
if (capacity <= 0) throw new IllegalArgumentException();
this.capacity = capacity;
last = head = new Node<E>(null);
}
5.4 PriorityBlockingQueue
PriorityBlockingQueue 是一個支援優先順序的無界阻塞佇列。預設情況下元素採用自然順序進行排序，也可以通過自定義類實現 compareTo() 方法來指定元素排序規則，或者初始化時通過構造器引數 Comparator 來指定排序規則。
PriorityBlockingQueue 併發控制採用的是 ReentrantLock，佇列為無界佇列（ArrayBlockingQueue 是有界佇列，LinkedBlockingQueue 也可以通過在建構函式中傳入 capacity 指定佇列最大的容量，但是 PriorityBlockingQueue 只能指定初始的佇列大小，後面插入元素的時候，如果空間不夠的話會自動擴容）。
簡單地說，它就是 PriorityQueue 的執行緒安全版本。不可以插入 null 值，同時，插入佇列的物件必須是可比較大小的（comparable），否則報 ClassCastException 異常。它的插入操作 put 方法不會 block，因為它是無界佇列（take 方法在佇列為空的時候會阻塞）。