大家好，我是冰河~~

在JDK1.5之前的線程安全的容器，大多數(shù)都是指同步容器，使用同步容器進(jìn)行并發(fā)編程時(shí)，最大的問題就是性能很差。因?yàn)橥饺萜髦械乃蟹椒ǘ际鞘褂胹ynchronized鎖進(jìn)行互斥，串行度太高了，無法真正的做到并行。

所以，在JDK1.5之后，JDK中提供了并發(fā)性能更好的容器。JDK1.5及之后的版本中，提供的線程安全的容器，一般被稱為并發(fā)容器。

并發(fā)容器

與同步容器一樣，并發(fā)容器在總體上也可以分為四大類，分別為：List、Set、Map和Queue。總體上如下圖所示。

接下來，我們分別介紹下這些并發(fā)容器在使用時(shí)的注意事項(xiàng)和避免踩到的坑。

List

并發(fā)容器中的List相對(duì)來說比較簡(jiǎn)單，就一個(gè)CopyOnWriteArrayList。大家可以從字面的意思中就能夠體會(huì)到：CopyOnWrite，在寫的時(shí)候進(jìn)行復(fù)制操作，也就是說在進(jìn)行寫操作時(shí)，會(huì)將共享變量復(fù)制一份。那這樣做有什么好處呢？最大的好處就是：讀操作可以做到完全無鎖化。

在CopyOnWriteArrayList內(nèi)部維護(hù)了一個(gè)數(shù)組，成員變量array指向這個(gè)數(shù)組，其核心源代碼如下所示。

private transient volatile Object[] array;
final Object[] getArray() {
 return array;
}
final void setArray(Object[] a) {
 array = a;
}

當(dāng)進(jìn)行操作時(shí)，都是基于array指向的這個(gè)內(nèi)部數(shù)組進(jìn)行的。例如，我們使用Iterator迭代器遍歷這個(gè)數(shù)組時(shí)，會(huì)按照下圖所示的方式進(jìn)行讀操作。

如果在遍歷CopyOnWriteArrayList時(shí)發(fā)生寫操作，例如，向數(shù)組中增加一個(gè)元素時(shí)，CopyOnWriteArrayList則會(huì)將內(nèi)部的數(shù)組復(fù)制一份出來，然后會(huì)在新復(fù)制出來的數(shù)組上添加新的元素，添加完再將array指向新的數(shù)組，如下圖所示。

對(duì)于CopyOnWriteArrayList的其他寫操作和添加元素的操作原理相同，這里就不再贅述了。

使用CopyOnWriteArrayList時(shí)需要注意的是：

• CopyOnWriteArrayList只適合寫操作比較少的場(chǎng)景，并且能夠容忍讀寫操作在短時(shí)間內(nèi)的不一致。
• CopyOnWriteArrayList的迭代器是只讀的，不支持寫操作。

Set

對(duì)于Set接口來說，并發(fā)容器中主要有兩個(gè)實(shí)現(xiàn)類，一個(gè)是CopyOnWriteArraySet，另一個(gè)是ConcurrentSkipListSet。其中，CopyOnWriteArraySet的使用場(chǎng)景、原理與注意事項(xiàng)和CopyOnWriteArrayList一致。而ConcurrentSkipListSet的使用場(chǎng)景、原理和注意事項(xiàng)和下文的ConcurrentSkipListMap一致。這里，我就不再贅述啦。

Map

在并發(fā)容器中，Map接口的實(shí)現(xiàn)類主要有ConcurrentHashMap和ConcurrentSkipListMap，而ConcurrentHashMap和ConcurrentSkipListMap最大的區(qū)別就是：ConcurrentHashMap的Key是無序的，而ConcurrentSkipListMap的Key是有序的。

在使用ConcurrentHashMap和ConcurrentSkipListMap時(shí)，需要注意的是：ConcurrentHashMap和ConcurrentSkipListMap的Key和Value都不能為空。

這里，我們可以將Map相關(guān)的類總結(jié)成一個(gè)表格，如下所示。

這樣，大家記憶起來就方便多了。

這里，ConcurrentSkipListMap是基于“跳表”實(shí)現(xiàn)的，跳表的插入、刪除、查詢的平均時(shí)間復(fù)雜度為O(log n)，這些時(shí)間復(fù)雜度在理論上與線程數(shù)沒有關(guān)系。如果要追求性能的話，可以嘗試使用ConcurrentSkipListMap。

Queue

在Java的并發(fā)容器中，Queue相對(duì)來說比較復(fù)雜。我們先來了解幾個(gè)概念：

• 阻塞隊(duì)列：阻塞一般就是指當(dāng)隊(duì)列已滿時(shí)，入隊(duì)操作會(huì)阻塞；當(dāng)隊(duì)列為空時(shí)，出隊(duì)操作就會(huì)阻塞。
• 非阻塞隊(duì)列：隊(duì)列的入隊(duì)和出隊(duì)操作不會(huì)阻塞。
• 單端隊(duì)列：隊(duì)列的入隊(duì)操作只能在隊(duì)尾進(jìn)行，隊(duì)列的出隊(duì)操作只能在隊(duì)首進(jìn)行。
• 雙端隊(duì)列：隊(duì)列的入隊(duì)操作和出隊(duì)操作都可以在隊(duì)首和隊(duì)尾進(jìn)行。

我們可以將上述的隊(duì)列進(jìn)行組合，將隊(duì)列分為單端阻塞隊(duì)列、雙端阻塞隊(duì)列、單端非阻塞隊(duì)列和雙端非阻塞隊(duì)列。

在Java的并發(fā)容器中，會(huì)使用明顯的標(biāo)識(shí)來區(qū)分不同類型的隊(duì)列。

• 阻塞隊(duì)列一個(gè)明顯的標(biāo)識(shí)就是使用Blocking修飾，例如，ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue都是阻塞隊(duì)列。
• 單端隊(duì)列會(huì)使用Queue標(biāo)識(shí)，例如ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue也是單端隊(duì)列。
• 雙端隊(duì)列會(huì)使用Deque標(biāo)識(shí)，例如LinkedBlockingDeque和ConcurrentLinkedDeque都是雙端隊(duì)列。

接下來，我們就分別簡(jiǎn)單聊聊這四種類型的隊(duì)列。

單端阻塞隊(duì)列

在Java的并發(fā)容器中，單端阻塞隊(duì)列的主要實(shí)現(xiàn)是BlockingQueue，主要包括：ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、SynchronousQueue、LinkedTransferQueue、PriorityBlockingQueue和DelayQueue。

單端阻塞隊(duì)列的內(nèi)部一般會(huì)有一個(gè)隊(duì)列。

在實(shí)現(xiàn)上，內(nèi)部的隊(duì)列可以是數(shù)組，例如ArrayBlockingQueue，也可以是鏈表，例如LinkedBlockingQueue。

也可以在內(nèi)部不存在隊(duì)列，例如SynchronousQueue，SynchronousQueue實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)者的入隊(duì)操作必須等待消費(fèi)者的出隊(duì)操作完成之后才能進(jìn)行。

LinkedTransferQueue集成了LinkedBlockingQueue和SynchronousQueue的優(yōu)點(diǎn)，并且性能比LinkedBlockingQueue好。

PriorityBlockingQueue實(shí)現(xiàn)了按照優(yōu)先級(jí)進(jìn)行出隊(duì)操作，也就是說，隊(duì)列元素在PriorityBlockingQueue內(nèi)部可以按照某種規(guī)則進(jìn)行排序。

DelayQueue是延時(shí)隊(duì)列，實(shí)現(xiàn)了在一段時(shí)間后再出隊(duì)的操作。

雙端阻塞隊(duì)列

雙端阻塞隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)主要是LinkedBlockingDeque。示意圖如下所示。

單端非阻塞隊(duì)列

單端非阻塞隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)主要是ConcurrentLinkedQueue，示意圖如下所示。

雙端非阻塞隊(duì)列

雙端非阻塞隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)主要是ConcurrentLinkedDeque，示意圖如下所示。

有界與無界隊(duì)列

使用隊(duì)列時(shí)，還要注意隊(duì)列的有界與無界問題，也就是在使用隊(duì)列時(shí)，需要注意隊(duì)列是否有容量限制。

在實(shí)際工作中，一般推薦使用有界隊(duì)列。因?yàn)闊o界隊(duì)列很容易導(dǎo)致內(nèi)存溢出的問題。在Java的并發(fā)容器中，只有ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue支持有界，其他的隊(duì)列都是無界隊(duì)列。

在使用時(shí)，一定要注意內(nèi)存溢出問題。

總結(jié)

今天我們主要介紹了JDK1.5之后提供的并發(fā)容器，主要包括：List、Set、Map和Queue，而Queue又可以分為：?jiǎn)味俗枞?duì)列、雙端阻塞隊(duì)列、單端非阻塞隊(duì)列和雙端非阻塞隊(duì)列。對(duì)于每種并發(fā)容器，我們簡(jiǎn)單介紹了其基本原理和注意事項(xiàng)。