一：java中的并發容器總結

JDK提供的這些容器大部分在 java.util.concurrent 包中。

• ConcurrentHashMap: 線程安全的HashMap
• CopyOnWriteArrayList: 線程安全的List，在讀多寫少的場合性能非常好，遠遠好于Vector.
• ConcurrentLinkedQueue: 高效的并發隊列，使用鏈表實現?？梢钥醋鲆粋€線程安全的 LinkedList，這是一個非阻塞隊列。
• BlockingQueue: 這是一個接口，JDK內部通過鏈表、數組等方式實現了這個接口。表示阻塞隊列，非常適合用于作為數據共享的通道。
• ConcurrentSkipListMap: 跳表的實現。這是一個Map，使用跳表的數據結構進行快速查找。

二：ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap是Java并發包中提供的一個線程安全且高效的HashMap實現

1.分段鎖機制

概念由來：我們都知道HashTableHashTable線程安全的策略實現代價太大了，它將get/put所有相關操作都是使用synchronized修飾的，這相當于給整個哈希表加了一把大鎖，多線程訪問時候，只要有一個線程訪問或操作該對象，那其他線程只能阻塞，相當于將所有的操作串行化，在競爭激烈的并發場景中性能就會非常差。所以在jdk1.5~1.7版本提出了分段機制概念。

原理：分段鎖對整個桶數組進行了分割分段(Segment)，每一把鎖只鎖容器其中一部分數據，多線程訪問容器里不同數據段的數據，就不會存在鎖競爭，提高并發訪問率。

結構圖

圖片來自：https://www.cnblogs.com/chengxiao/p/6842045.html

2.jdk1.8版本（現在所用的實現方式）

在jdk1.8版本中，由于采用分段鎖時，最大并發數受限于segment個數，有很大的局限性，所以在jdk1.8版本中ConcurrentHashMap取消了Segment分段鎖，采用CAS和synchronized來保證并發安全。數據結構跟HashMap1.8的結構類似，數組+鏈表/紅黑二叉樹。Java 8在鏈表長度超過一定閾值（8）時將鏈表（尋址時間復雜度為O(N)）轉換為紅黑樹（尋址時間復雜度為O(log(N))）synchronized只鎖定當前鏈表或紅黑二叉樹的首節點，這樣只要hash不沖突，就不會產生并發，性能得到了很大的提升。

JDK1.8的ConcurrentHashMap（TreeBin: 紅黑二叉樹節點 Node: 鏈表節點）：

3.CAS原理

一般地，鎖分為悲觀鎖和樂觀鎖：悲觀鎖認為對于同一個數據的并發操作，一定是為發生修改的；而樂觀鎖則任務對于同一個數據的并發操作是不會發生修改的，在更新數據時會采用嘗試更新不斷重試的方式更新數據。

CAS（Compare And Swap，比較交換）：CAS有三個操作數，內存值V、預期值A、要修改的新值B，當且僅當A和V相等時才會將V修改為B，否則什么都不做。Java中CAS操作通過JNI本地方法實現，在JVM中程序會根據當前處理器的類型來決定是否為cmpxchg指令添加lock前綴。如果程序是在多處理器上運行，就為cmpxchg指令加上lock前綴（Lock Cmpxchg）；反之，如果程序是在單處理器上運行，就省略lock前綴。

Intel的手冊對lock前綴的說明如下：

確保對內存的讀-改-寫操作原子執行。之前采用鎖定總線的方式，但開銷很大；后來改用緩存鎖定來保證指令執行的原子性。
?? ?禁止該指令與之前和之后的讀和寫指令重排序。
?? ?把寫緩沖區中的所有數據刷新到內存中。
CAS同時具有volatile讀和volatile寫的內存語義。

不過CAS操作也存在一些缺點：1. 存在ABA問題，其解決思路是使用版本號；2. 循環時間長，開銷大；3. 只能保證一個共享變量的原子操作。

三：CopyOnWriteArrayList

在很多應用場景中，讀操作可能會遠遠大于寫操作。由于讀操作根本不會修改原有的數據，因此對于每次讀取都進行加鎖其實是一種資源浪費。我們應該允許多個線程同時訪問List的內部數據，畢竟讀取操作是安全的。

CopyOnWriteArrayList 類的所有可變操作（add，set等等）都是通過創建底層數組的新副本來實現的。當 List 需要被修改的時候，我并不修改原有內容，而是對原有數據進行一次復制，將修改的內容寫入副本。寫完之后，再將修改完的副本替換原來的數據，這樣就可以保證寫操作不會影響讀操作了。

從 CopyOnWriteArrayList 的名字就能看出CopyOnWriteArrayList 是滿足CopyOnWrite 的ArrayList，所謂CopyOnWrite 也就是說：在計算機，如果你想要對一塊內存進行修改時，我們不在原有內存塊中進行寫操作，而是將內存拷貝一份，在新的內存中進行寫操作，寫完之后呢，就將指向原來內存指針指向新的內存，原來的內存就可以被回收掉了。

四：ConcurrentLinkedQueue

Java提供的線程安全的 Queue 可以分為阻塞隊列和非阻塞隊列，其中阻塞隊列的典型例子是 BlockingQueue，非阻塞隊列的典型例子是ConcurrentLinkedQueue，在實際應用中要根據實際需要選用阻塞隊列或者非阻塞隊列。 阻塞隊列可以通過加鎖來實現，非阻塞隊列可以通過 CAS 操作實現。

從名字可以看出，ConcurrentLinkedQueue這個隊列使用鏈表作為其數據結構．ConcurrentLinkedQueue 應該算是在高并發環境中性能最好的隊列了。它之所有能有很好的性能，是因為其內部復雜的實現。

ConcurrentLinkedQueue 內部代碼我們就不分析了，大家知道ConcurrentLinkedQueue 主要使用 CAS 非阻塞算法來實現線程安全就好了。

ConcurrentLinkedQueue 適合在對性能要求相對較高，同時對隊列的讀寫存在多個線程同時進行的場景，即如果對隊列加鎖的成本較高則適合使用無鎖的ConcurrentLinkedQueue來替代。

五：BlockingQueue

1.BlockingQueue簡介

上面我們己經提到了 ConcurrentLinkedQueue 作為高性能的非阻塞隊列。下面我們要講到的是阻塞隊列——BlockingQueue。阻塞隊列（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。當隊列容器已滿，生產者線程會被阻塞，直到隊列未滿；當隊列容器為空時，消費者線程會被阻塞，直至隊列非空時為止。

BlockingQueue 是一個接口，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 接口。下面是 BlockingQueue 的相關實現類：

下面主要介紹一下:ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue，這三個 BlockingQueue 的實現類。

2.ArrayBlockingQueue

ArrayBlockingQueue 是 BlockingQueue 接口的有界隊列實現類，底層采用數組來實現。ArrayBlockingQueue一旦創建，容量不能改變。其并發控制采用可重入鎖來控制，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。當隊列容量滿時，嘗試將元素放入隊列將導致操作阻塞;嘗試從一個空隊列中取一個元素也會同樣阻塞。

ArrayBlockingQueue 默認情況下不能保證線程訪問隊列的公平性，所謂公平性是指嚴格按照線程等待的絕對時間順序，即最先等待的線程能夠最先訪問到 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，長時間阻塞的線程依然無法訪問到 ArrayBlockingQueue。

3.LinkedBlockingQueue

LinkedBlockingQueue 底層基于單向鏈表實現的阻塞隊列，可以當做無界隊列也可以當做有界隊列來使用，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，損耗大量內存。通常在創建LinkedBlockingQueue 對象時，會指定其大小，如果未指定，容量等于Integer.MAX_VALUE。

4.PriorityBlockingQueue

PriorityBlockingQueue 是一個支持優先級的無界阻塞隊列。默認情況下元素采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參數 Comparator 來指定排序規則。

PriorityBlockingQueue 并發控制采用的是 ReentrantLock，隊列為無界隊列（ArrayBlockingQueue 是有界隊列，LinkedBlockingQueue 也可以通過在構造函數中傳入 capacity 指定隊列最大的容量，但是 PriorityBlockingQueue 只能指定初始的隊列大小，后面插入元素的時候，如果空間不夠的話會自動擴容）。

簡單地說，它就是 PriorityQueue 的線程安全版本。不可以插入 null 值，同時，插入隊列的對象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，因為它是無界隊列（take 方法在隊列為空的時候會阻塞）。

六：ConcurrentSkipListMap

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為了引出ConcurrentSkipListMap，先帶著大家簡單理解一下跳表。

對于一個單鏈表，即使鏈表是有序的，如果我們想要在其中查找某個數據，也只能從頭到尾遍歷鏈表，這樣效率自然就會很低，跳表就不一樣了。跳表是一種可以用來快速查找的數據結構，有點類似于平衡樹。它們都可以對元素進行快速的查找。但一個重要的區別是：對平衡樹的插入和刪除往往很可能導致平衡樹進行一次全局的調整。而對跳表的插入和刪除只需要對整個數據結構的局部進行操作即可。這樣帶來的好處是：在高并發的情況下，你會需要一個全局鎖來保證整個平衡樹的線程安全。而對于跳表，你只需要部分鎖即可。這樣，在高并發環境下，你就可以擁有更好的性能。而就查詢的性能而言，跳表的時間復雜度也是 O(logn) 所以在并發數據結構中，JDK 使用跳表來實現一個 Map。

跳表的本質是同時維護了多個鏈表，并且鏈表是分層的，

最低層的鏈表維護了跳表內所有的元素，每上面一層鏈表都是下面一層的子集。

跳表內的所有鏈表的元素都是排序的。查找時，可以從頂級鏈表開始找。一旦發現被查找的元素大于當前鏈表中的取值，就會轉入下一層鏈表繼續找。這也就是說在查找過程中，搜索是跳躍式的。如上圖所示，在跳表中查找元素18。

查找18 的時候原來需要遍歷 18 次，現在只需要 7 次即可。針對鏈表長度比較大的時候，構建索引查找效率的提升就會非常明顯。

從上面很容易看出，跳表是一種利用空間換時間的算法。

使用跳表實現Map 和使用哈希算法實現Map的另外一個不同之處是：哈希并不會保存元素的順序，而跳表內所有的元素都是排序的。因此在對跳表進行遍歷時，你會得到一個有序的結果。所以，如果你的應用需要有序性，那么跳表就是你不二的選擇。JDK 中實現這一數據結構的類是ConcurrentSkipListMap。

大部分內容引用于：https://snailclimb.top/JavaGuide/#/java/Multithread/并發容器總結

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Java集合之并发容器的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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