JUC（集合框架）

Java支持同步和并发多种集合框架，并发框架往往能带来更高的性能

同步类容器是 线程安全 的，如 Vector、HashTable 等容器的同步功能都是由 Collections.synchronizedMap 等工厂方法去创建实现的，底层使用 synchronized 关键字，每次只有一个线程访问容器

并发框架通常采用更好的设计来减小锁的粒度，提升吞吐；比如ConcurrentHashMap将数据分段加锁，利用读写加锁的特性代替Vector

框架对比

ConcurrentHashMap	替代 HashTable
ConcurrentSkipListMap	排序
CopyOnWriteArrayList	替代 Vector
ConcurrentLinkedQueue	高性能队列，无阻塞
LinkedBlockingQueue	阻塞形式队列，阻塞

ConcurrentMap 容器#

ConcurrentHashMap JDK7中 容器内部使用(Segment)来表示不同的部分，每个段其实就是一个小的 HashTable ，它们有自己的锁。只要多个修改操作发生在不同的段上，它们就可以并发进行。把一个整体分成了16个段(Segment)。也就是最高支持16个线程的并发修改操作。这也是在多线程场景时 减小锁的粒度从而降低锁竞争 一种方案。并且代码中大多共享变量使用 volatile 关键字声明，目的是第一时间获取修改的内容，性能非常好

JDK8中采用CAS 和 synchronized 来实现，并且能通过多线程协助扩容

ConcurrentMap 接口下两个重要的实现:

• ConcurrentHashMap
• ConcurrentSkipListMap(排序)

Copy-On-Write 容器#

CopyOnWrite 容器既写时复制的容器， 用于读多写少的场景 。往一个容器添加元素时，不直接往当前容器添加，而是先将当前容器 Copy ，复制一个新的容器，然后往新的容器添加元素，添加完成之后，再将原容器的引用指向新的容器，这样做的好处是可以对 CopyOnWrite 容器进行并发的读，而不需要加锁，因为当前容器不会添加任何元素。所以 CopyOnWrite 容器是一种读写分离的思想，读和写不同的容器。

// Copy-On-Write 容器是一种读写分离的思想
public class CopyOnWriteArrayList<E> {
    //Copy-On-Write 容器写操作时加锁，写操作结束后解锁
    public boolean add(E e) {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();//加锁
        try {
            //1. 获取原容器
            Object[] elements = getArray();
            int len = elements.length;
            //2. 原容器 -> Copy -> 新容器
            Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
            //3. 往新容器写入内容
            newElements[len] = e;
            //4. 指向新容器
            setArray(newElements);
            return true;
        } finally {
            lock.unlock();//解锁
        }
    }

    //读操作没有加锁，可以支持并发操作
    @SuppressWarnings("unchecked")
    private E get(Object[] a, int index) {
        return (E) a[index];
    }

    public E get(int index) {
        return get(getArray(), index);
    }
}

Copy-On-Write 容器下两个重要的实现:

• CopyOnWriteArrayList
• CopyOnWriteArraySet

ConcurrentLinkedQueue 无阻塞队列#

适合高并发场景下的队列，通过无锁的方式，实现了高并发状态下的高性能，通常 ConcurrentLinkedQueue 性能好于 LinkedBlockingQueue。它是一个基于链接节点的无界线程安全队列。该队列的元素遵循先进先出的原则，且不允许 null 元素。

内部也是使用CAS的原理来实现

ConcurrentLinkedQueue 重要方法：

1. add()和offer()：添加元素(ConcurrentLinkedQueue 下两个方法无区别)。
2. poll()和peek()：取头元素节点，区别在于前者删除元素，后者不会。注意： 没有元素时返回 null，不会阻塞队列。

BlockingQueue 阻塞队列#

与 ConcurrentLinkedQueue 相比，BlockingQueue 是阻塞的，即，put 方法在队列满的时候会阻塞直到有队列成员被消费，take 方法在队列空的时候也会阻塞，直到有队列成员被放进来。

BlockingQueue API: BlockingQueue 方法以四种形式出现，对于不能立即满足但可能在将来某一时刻可以满足的操作，这四种形式的处理方式不同：

• 第一种是抛出一个异常
• 第二种是返回一个特殊值（null 或 false，具体取决于操作）
• 第三种是在操作可以成功前，无限期地阻塞当前线程
• 第四种是在放弃前只在给定的最大时间限制内阻塞。下表中总结了这些方法：

操作	抛出异常	特殊值	阻塞	超时
插入	add(e)	offer(e)	put(e)	offer(e, time, unit)
移除	remove()	poll()	take()	poll(time, unit)
检查	element()	peek()	不可用	不可用

总结#

在并发场景中，合理的使用Java提供的并发框架能为系统性能带来质的提升。要熟练运用相关框架