特別感謝：慕課網jimin老師的《Java併發程式設計與高併發解決方案》課程，以下知識點多數來自老師的課程內容。
jimin老師課程地址：Java併發程式設計與高併發解決方案

概述

Java併發容器JUC是三個單詞的縮寫。是JDK下面的一個包名。即Java.util.concurrency。
上一節我們介紹了ArrayList、HashMap、HashSet對應的同步容器保證其執行緒安全，這節我們介紹一下其對應的併發容器。

ArrayList –> CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList 寫操作時複製，當有新元素新增到集合中時，從原有的陣列中拷貝一份出來，然後在新的陣列上作寫操作，將原來的陣列指向新的陣列。整個陣列的add操作都是在鎖的保護下進行的，防止併發時複製多份副本。讀操作是在原陣列中進行，不需要加鎖

• 缺點：
  1.寫操作時複製消耗記憶體，如果元素比較多時候，容易導致young gc 和full gc。
  2.不能用於實時讀的場景.由於複製和add操作等需要時間，故讀取時可能讀到舊值。
  能做到最終一致性，但無法滿足實時性的要求，更適合讀多寫少的場景。
  如果無法知道陣列有多大，或者add,set操作有多少，慎用此類,在大量的複製副本的過程中很容易出錯。

• 設計思想：
  1.讀寫分離
  2.最終一致性
  3.使用時另外開闢空間，防止併發衝突

• 原始碼分析

//構造方法
public CopyOnWriteArrayList(Collection<? extends E> c) {
    Object[] elements;//使用物件陣列來承載資料
 

    if (c.getClass() == CopyOnWriteArrayList.class)
        elements = ((CopyOnWriteArrayList<?>)c).getArray();
    else {
        elements = c.toArray();
        // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
        if (elements.getClass() != Object[].class)
            elements = Arrays.copyOf(elements, elements.length, Object[].class);
    }
    setArray(elements);
}

//新增資料方法
 

public boolean add(E e) {
    final ReentrantLock lock = this.lock;//使用重入鎖，保證執行緒安全
    lock.lock();
    try {
        Object[] elements = getArray();//獲取當前陣列資料
        int len = elements.length;
        Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);//複製當前陣列並且擴容+1
        newElements[len] = e;//將要新增的資料放入新陣列
        setArray(newElements);//將原來的陣列指向新的陣列
        return true;
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

//獲取資料方法，與普通的get沒什麼差別
private E get(Object[] a, int index) {
    return (E) a[index];
}

HashSet –> CopyOnWriteArraySet

• 它是執行緒安全的，底層實現使用的是CopyOnWriteArrayList，因此它也適用於大小很小的set集合，只讀操作遠大於可變操作。因為他需要copy整個陣列，所以包括add、remove、set它的開銷相對於大一些。
• 迭代器不支援可變的remove操作。使用迭代器遍歷的時候速度很快，而且不會與其他執行緒發生衝突。
• 原始碼分析：

//構造方法
public CopyOnWriteArraySet() {
    al = new CopyOnWriteArrayList<E>();//底層使用CopyOnWriteArrayList
}

//新增元素方法，基本實現原理與CopyOnWriteArrayList相同
private boolean addIfAbsent(E e, Object[] snapshot) {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();
    try {
        Object[] current = getArray();
        int len = current.length;
        if (snapshot != current) {//添加了元素去重操作
            // Optimize for lost race to another addXXX operation
            int common = Math.min(snapshot.length, len);
            for (int i = 0; i < common; i++)
                if (current[i] != snapshot[i] && eq(e, current[i]))
                    return false;
            if (indexOf(e, current, common, len) >= 0)
                    return false;
        }
        Object[] newElements = Arrays.copyOf(current, len + 1);
        newElements[len] = e;
        setArray(newElements);
        return true;
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

TreeSet –> ConcurrentSkipListSet

它是JDK6新增的類，同TreeSet一樣支援自然排序，並且可以在構造的時候自己定義比較器。

• 同其他set集合，是基於map集合的（基於ConcurrentSkipListMap），在多執行緒環境下，裡面的contains、add、remove操作都是執行緒安全的。
• 多個執行緒可以安全的併發的執行插入、移除、和訪問操作。但是對於批量操作addAll、removeAll、retainAll和containsAll並不能保證以原子方式執行，原因是addAll、removeAll、retainAll底層呼叫的還是contains、add、remove方法，只能保證每一次的執行是原子性的，代表在單一執行操縱時不會被打斷，但是不能保證每一次批量操作都不會被打斷。在使用批量操作時，還是需要手動加上同步操作的。
• 不允許使用null元素的，它無法可靠的將引數及返回值與不存在的元素區分開來。
• 原始碼分析：

//構造方法
public ConcurrentSkipListSet() {
    m = new ConcurrentSkipListMap<E,Object>();//使用ConcurrentSkipListMap實現
}

HashMap –> ConcurrentHashMap

• 不允許空值，在實際的應用中除了少數的插入操作和刪除操作外，絕大多數我們使用map都是讀取操作。而且讀操作大多數都是成功的。基於這個前提，它針對讀操作做了大量的優化。因此這個類在高併發環境下有特別好的表現。
• ConcurrentHashMap作為Concurrent一族，其有著高效地併發操作，相比Hashtable的笨重，ConcurrentHashMap則更勝一籌了。
• 在1.8版本以前，ConcurrentHashMap採用分段鎖的概念，使鎖更加細化，但是1.8已經改變了這種思路，而是利用CAS+Synchronized來保證併發更新的安全，當然底層採用陣列+連結串列+紅黑樹的儲存結構。

TreeMap –> ConcurrentSkipListMap

• 底層實現採用SkipList跳錶
• 曾經有人用ConcurrentHashMap與ConcurrentSkipListMap做效能測試，在4個執行緒1.6W的資料條件下，前者的資料存取速度是後者的4倍左右。但是後者有幾個前者不能比擬的優點：
  1、Key是有序的
  2、支援更高的併發，儲存時間與執行緒數無關

安全共享物件策略

• 執行緒限制：一個被執行緒限制的物件，由執行緒獨佔，並且只能被佔有它的執行緒修改
• 共享只讀：一個共享只讀的U帝鄉，在沒有額外同步的情況下，可以被多個執行緒併發訪問，但是任何執行緒都不能修改它
• 執行緒安全物件：一個執行緒安全的物件或者容器，在內部通過同步機制來保障執行緒安全，多以其他執行緒無需額外的同步就可以通過公共介面隨意訪問他
• 被守護物件：被守護物件只能通過獲取特定的鎖來訪問。