Java中同步容器类、并发容器类

同步容器类

       同步类容器都是线程安全的。但是在某些场景下可能需要加锁来保护符合操作。符合类操作如：迭代(反复访问元素，便利容器中的所有元素)、跳转(根据指定的顺序找到当前元素的下一个元素)、以及条件运算。这些复合操作在多线程并发地修改容器时，可能会表现出意外的行为，最经典的便是ConcurrentModificationException，原因是当容器迭代的过程中，被并发的修改了内容。

为什么会出现同步类容器?

在Java的集合容器框架中，主要有四大类别：List、Set、Queue、Map。

　　List、Set、Queue接口分别继承了Collection接口，Map本身是一个接口。

　　注意Collection和Map是一个顶层接口，而List、Set、Queue则继承了Collection接口，分别代表数组、集合和队列这三大类容器。

　　像ArrayList、LinkedList都是实现了List接口，HashSet实现了Set接口，而Deque（双向队列，允许在队首、队尾进行入队和出队操作）继承了Queue接口，PriorityQueue实现了Queue接口。另外LinkedList（实际上是双向链表）实现了了Deque接口。

　　像ArrayList、LinkedList、HashMap这些容器都是非线程安全的。

　　如果有多个线程并发地访问这些容器时，就会出现问题。

　　因此，在编写程序时，必须要求程序员手动地在任何访问到这些容器的地方进行同步处理，这样导致在使用这些容器的时候非常地不方便。

　　所以，Java提供了同步容器供用户使用。

Java中的同步容器类

在Java中，同步容器主要包括2类：

　　1）Vector、Stack、HashTable

　　2）Collections类中提供的静态工厂方法创建的类

　　Vector实现了List接口，Vector实际上就是一个数组，和ArrayList类似，但是Vector中的方法都是synchronized方法，即进行了同步措施。

　　Stack也是一个同步容器，它的方法也用synchronized进行了同步，它实际上是继承于Vector类。

　　HashTable实现了Map接口，它和HashMap很相似，但是HashTable进行了同步处理，而HashMap没有。

　　Collections类是一个工具提供类，注意，它和Collection不同，Collection是一个顶层的接口。在Collections类中提供了大量的方法，比如对集合或者容器进行排序、查找等操作。最重要的是，在它里面提供了几个静态工厂方法来创建同步容器类。

同步容器的缺陷

       1、 通过同步方法将访问操作串行化，导致并发环境下效率低下

       2、 复合操作（迭代、条件运算如没有则添加等）非线程安全，需要客户端代码来实现加锁。

并发容器类

为什么会出现并发容器类

       并发容器出现的最大的需求就是提升同步容器类的性能！

并发容器类有哪些

1. ConcurrentHashMap （HashMap的并发版本）

   目标: 代替Hashtable、synchronizedMap，支持复合操作

   原理: 采用一种更加细粒度的加锁机制“分段锁”，任意数量读取线程可以并发读取，任意数量的读取线程和一个写线程可以并发访问，一定数量的写入线程可以并发访问。并发环境下ConcurrentHashMap带来了更高的吞吐量，而在单线程环境下只损失了很小的性能。

2. CopyOnWriteArraySet （HashSet的并发版本）

   目标: 代替synchronizedSet

   原理: CopyOnWriteArraySet基于CopyOnWriteArrayList实现，其唯一的不同是在add时调用的是CopyOnWriteArrayList的addIfAbsent方法，其遍历当前Object数组，如Object数组中已有了当前元素，则直接返回，如果没有则放入Object数组的尾部，并返回。

3. ConcurrentSkipListMap (TreeMap的并发版本）

   目标: 代替synchronizedSortedMap(TreeMap)

   原理: Skip list（跳表）是一种可以代替平衡树的数据结构，默认是按照Key值升序的。Skip list让已排序的数据分布在多层链表中，以0-1随机数决定一个数据的向上攀升与否，通过”空间来换取时间”的一个算法。ConcurrentSkipListMap提供了一种线程安全的并发访问的排序映射表。内部是SkipList（跳表）结构实现，在理论上能够在O（log（n））时间内完成查找、插入、删除操作。

4.ConcurrentSkipListSet（TreeSet的并发版本）

   目标: 代替synchronizedSortedSet

   原理: 内部基于ConcurrentSkipListMap实现！

5. CopyOnWriteArrayList（ArrayList的并发版本）

   目标: 代替Vector、synchronizedList

   原理: CopyOnWriteArrayList的核心思想是利用高并发往往是读多写少的特性，对读操作不加锁，对写操作，先复制一份新的集合，在新的集合上面修改，然后将新集合赋值给旧的引用，并通过volatile 保证其可见性，当然写操作的锁是必不可少的了。

6.Queue

   特点: 不会阻塞的队列

   实现类:
        ConcurrentLinkedQueue: 基于链表实现的FIFO队列（LinkedList的并发版本）
         PriorityQueue:非并发优先级队列

7.BlockingQueue

   特点: 拓展了Queue，增加了可阻塞的插入和获取等操作

   实现类:
        LinkedBlockingQueue:基于链表实现的可阻塞的FIFO队列
        ArrayBlockingQueue:基于数组实现的可阻塞的FIFO队列
        PriorityBlockingQueue:按优先级排序的队列

   原理：通过ReentrantLock实现线程安全，通过Condition实现阻塞和唤醒。

文章参考:
http://www.07net01.com/program/2016/04/1432456.html
https://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3933404.html