并发容器面面观
一，浅谈ReentrantLock
A, Lock接口及ReentrantLock简介
ReentrantLock实现的接口为Lock，Lock接口是锁操作方法的基本定义，提供了synchronized关键字所具备的全部功能。
与synchronized同步代码块的方式不同，Lock接口提供了编程式的锁获取及释放操作，由程序员自主控制。
Lock接口及子类图：
B，ReentrantLock类 vs synchronized关键字
synchronized的使用比较方便，不需要开发者手动加锁和释放锁。
ReentrantLock需要手工声明来加锁和释放锁(lock() 和 unlock() 方法配合 try/finally 语句块来实现)
ReentrantLock 在锁的细粒度和灵活度上优于synchronized。还增加了一些高级特性，主要有以下3项：等待可中断、可实现公平锁以及锁可以绑定多个条件。
以下为性能对比：
1，单线程读操作性能对比 ，synchronized 胜
2，多线程读操作性能对比， ReentrantLock胜
3，多线程下读写操作性能对比，ReentrantLock胜
C，synchronized同ReentrantLock使用取舍
在JDK 1.6之后，虚拟机对于synchronized关键字进行整体优化后，在性能上synchronized与ReentrantLock已没有明显差距，JDK1.9中，更是基本持平。
大部分情况下我们依然建议是synchronized关键字，原因之一是使用方便语义清晰，二是性能上虚拟机已为我们自动优化。
而ReentrantLock提供了多样化的同步特性，如超时获取锁、可以被中断获取锁（synchronized的同步是不能中断的）、等待唤醒机制的多个条件变量(Condition)等，因此当我们确实需要使用到这些功能是，可以选择ReentrantLock。
二，ConcurrentHashMap篇
A，为什么线程安全且高效？
1，多线程环境下使用HashMap做put操作时，导致HashMap的Entry链表形成环形数据结构，造成其next节点永远不为空，产生死循环。并发环境禁止使用HashMap。
2，使用syncchronized的HashTable保证线程安全的同时，在多线程环境下会进入进入阻塞或轮询状态，竞争越激烈效率越低。
3，同HashTable不同，ConcurrentHashMap使用的锁分段技术，将数据按段存储，每段分配一把锁。多线程访问时，不存在锁竞争进而提高并发效率。
B，数据结构
核心有Segment数组结构和HashEntry数据结构构成，Segment是ReentrantLock可重入锁，HashEntry用于存储键值对，存在于Segment中。
1，类图如下：
2，结构图如下：
C，初始化
主要是初始化segment数组、段偏移量segmentShift、段掩码segmentMask及HashEntry数组
concurrentcyLeve(Max=65536)l计算出segments数组的长度(2的N次方,Max=65536)
segmentShift用于定位参与散列运算的位数
segmentMask是散列运算的掩码
initialCapacity是初始化容量，loadfactor是每个segment的负载因子，这两参数用来初始化数组中的segment
1，初始化segments数组，如下图源代码
2，初始化每个segment，如下图：
3，定位Segment，使用下图散列算法定位
D，相关数据操作
1，get操作高效之处在于其不需要加锁，除非空值加锁；Why? 共享变量定义为volatile类型，保持可见性。这里使用Java内存模型的happen before原则，对volatile字段的写入操作先于读操作，保证数据为最新的。
2，put动作，在操作共享变量时务必加锁，首先定位Segment，而后进行插入操作。
3，size操作，尝试2次不锁住Segment方式来统计各个Segment大小，统计过程中，发现容器的count发生了变化(使用modCount变量同size对比，前者在写操作会更新加1)，在采用加锁的方式来统计Segment的大小。
三，CopyOnWriteArrayList篇
A，为甚么使用CopyOnWriteArrayList？
1，ArrayList性能问题：非线程安全，并发场景下可能导致add元素为null，并发修改list内容抛ConcurrentModificationException异常等问题
2，Vector是线程安全的列表(JDK1.0开始存在)，但线程安全实现简单粗暴，只是加了synchronized关键字，严重影响效率。
3，Collections.syncchronizedList，生成了同步的SynchronizedCollection，对于迭代操作并没有提供锁机制，需要手动加锁。
4，CopyOnWriteArrayLis(JDK1.5引入)t优点：读写分离，数据一致性。
5，CopyOnWriteArraySet，高并发的Set解决方案，基于CopyOnWriteArrayList实现。
B，核心元素
1，数组
2，独占锁，ReentrantLock
3，迭代器
C，读写操作分析
读：
写：
无界List，使用写时复制的策略来保证list的一致性
获取-修改-写入，三步操作并不是原子性的，增删改的过程使用了独占锁。
提供了弱一致性的迭代器，保证在获取迭代器后，其他线程对list的修改时不可见。
D，使用场景
缺点：数组复制带来的内存开销；无法保证数据一致性
应用：读操作远大于写操作，不要求数据实时一致性。如，规则引擎使用、黑白名单使用等。
四，ConcurrentLinkedQueue篇
A，实现线程安全队列的两种方式：
1，阻塞算法-LinkedBlockingQueue ，多用于任务队列
2，非阻塞算法–ConcurrentLinkedQueue，多用于消息队列
ConcurrentLinkedQueue基于链接节点的无界线程安全队列，先进先出的规则对节点进行排序。其采用了CAS算法实现(wait-free)。
B，类图
主要有head节点和tail节点，每个节点有元素和next节点构成。
head及tail使用volatile修饰，且不可序列化。
C，入队列&出队列
1，入队方法永远返回true，不用通过返回值判断
2，出队列返回一个节点元素，清空该节点引用。
