並發容器（三）非阻塞隊列的並發容器
??本文將介紹除了阻塞隊列外的並發容器： ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList、CopyOnWriteArraySet、ConcurrentSkipListMap、ConcurrentSkipListSet、ConcurrentLinkedQueue；
1. CopyOnWriteArrayList
- 是 ArrayList 的線程安全的實現，同時也可用於代替 Vector 。底層實現是一個數組，其中所有可變操作（add、set 等等）都是通過對底層數組進行一次新的復制來實現的。這就是 “寫時復制”。
- 可變操作一般需要很大的開銷，但是當遍歷操作的數量大大超過可變操作的數量時，這種方法可能比其他替代方法更 有效。在不能或不想進行同步遍歷，但又需要從並發線程中排除沖突時，它也很有用。
- 叠代器在創建時，使用了數組狀態的快照，此數組快照在叠代期間是不會改變的，因此也不會發生沖突，並且叠代器保證不會拋出 ConcurrentModificationException。
- 叠代器使用的是數組的快照，所以叠代器是無法反映列表的添加、移除或者更改。
- 在叠代器上進行的元素更改操作（remove、set 和 add）不受支持。這些方法將拋出 UnsupportedOperationException。
看一下add()方法的源碼：add()方法加了鎖，添加一個元素，就是將數組的元素復制到新的數組中（新數組的大小=舊數組大小+1），再把新元素放到新數組中。remove方法也是如此。還提供原子操作 addIfAbsent() 方法。
public void add(int index, E element) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
//加鎖
lock.lock();
try {
//獲取當前的數組
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
if (index > len || index < 0)
throw 2. CopyOnWriteArraySet
??CopyOnWriteArraySet 是 HashSet 線程安全的一個實現。CopyOnWriteArraySet 的實現是基於 CopyOnWriteArrayList，其內部維護著一個 CopyOnWriteArrayList。其特性可參考 CopyOnWriteArrayList。
private final CopyOnWriteArrayList<E> al;
/**
* Creates an empty set.構造方法
*/
public CopyOnWriteArraySet() {
al = new CopyOnWriteArrayList<E>();
}
public int size() {
return al.size();
}
public boolean isEmpty() {
return al.isEmpty();
}
public boolean contains(Object o) {
return al.contains(o);
}
public boolean add(E e) {
return al.addIfAbsent(e);
}
//........get()方法使用的也是數組的快照，沒有加鎖阻塞，這就意味著get()方法返回的值不是很精確。
public E get(int index) {
return get(getArray(), index);
}
@SuppressWarnings("unchecked")
private E get(Object[] a, int index) {
return (E) a[index];
}3. ConcurrentLinkedQueue
??一個基於鏈接節點的 無界線程安全隊列 。此隊列按照 FIFO（先進先出）原則對元素進行排序。隊列的頭部 是隊列中時間最長的元素。隊列的尾部 是隊列中時間最短的元素。新的元素插入到隊列的尾部，隊列獲取操作從隊列頭部獲得元素。
??ConcurrentLinkedQueue 采用了非阻塞的CAS算法，在高並發的環境下，性能非常好。其源碼分析可參考。
4. ConcurrentHashMap
??ConcurrentHashMap 是 HashMap 線程安全的實現，同時也用於 代替 HashTable。(此類可以通過程序完全與 Hashtable 進行互操作，這取決於其線程安全，而與其同步細節無關。)。不同於HashTable(一張hash表只用一把鎖)，在ConcurrentHashMap中，會將hash表的數據分成若幹段，每段維護一個鎖，粒度更細，以達到高效的並發訪問；
??ConcurrentHashMap 與 其他並發容器一樣，在叠代的過程不需要加鎖，叠代器具有弱一致性，叠代期間不會拋出ConcurrentModificationException異常，並非“立即失敗”；所謂 弱一致性 ，就是返回的元素將反映叠代器創建時或創建後某一時刻的映射狀態。同時，需要在整個Map上進行計算的方法，如 size()、isEmpty()，這些方法的語義被略微減弱，以反映並發的特性，換句話說，這些方法的值是一個估計值，並不是很精確。事實上，這些方法在並發環境下用處很小，因為在並發的情況下，它們的返回值總是在變化。如果需要強一致性，那麽就得考慮加鎖。同步容器類便是強一致性的
??由於 ConcurrentHashMap 不能被加鎖來執行獨占訪問，因此無法通過加鎖來創建新的原子操作。不過，ConcurrentHashMap 提供了以下幾個原子操作（由其父接口 ConcurrentMap 提供），基本滿足需求了：
//如果指定鍵已經不再與某個值相關聯，則將它與給定值關聯。
V putIfAbsent(K key, V value);
//只有目前將鍵的條目映射到給定值時，才移除該鍵的條目。
boolean remove(Object key, Object value);
//只有目前將鍵的條目映射到某一值時，才替換該鍵的條目。
V replace(K key, V value);
//只有目前將鍵的條目映射到給定值時，才替換該鍵的條目。
boolean replace(K key,V oldValue, V newValue);5. ConcurrentSkipListMap
??ConcurrentSkipListMap 是 TreeMap 的線程安全的實現。與上面的並發容器一樣，叠代器是是弱一致性，返回的元素將反映叠代器創建時或創建後某一時刻的映射狀態。它們不 拋出 ConcurrentModificationException，可以並發處理其他操作。size()操作返回的值也不是精確的。此外，批量操作 putAll、equals 和 clear 並不保證能以原子方式 (atomically) 執行 。例如，與 putAll 操作一起並發操作的叠代器只能查看某些附加元素。
6. ConcurrentSkipListSet
?? ConcurrentSkipListSet 是 TreeSet 的線程安全的實現。ConcurrentSkipListSet 是基於 ConcurrentSkipListMap 實現的，就是將所有Map的Key的值所對應的 value 值為Boolean.TRUE。其特性參考 ConcurrentSkipListMap
private final ConcurrentNavigableMap<E,Object> m;
public boolean add(E e) {
return m.putIfAbsent(e, Boolean.TRUE) == null;
}7. 最後總結幾點：
??並發容器的性能一般都要比同步容器的性能更高。同步容器的所有公開的方法都用 synchronized 加了鎖，所以同一時間只能一個線程訪問同步容器。並發容器類則是鎖的粒度更小（多個線程就可以並發地訪問方法裏面的非臨界區代碼，提高效率），還有的采用了 非阻塞的算法CAS(如 ConcurrentLinkedQueue)，鎖分段等技術。當然，這並不是說同步容器就沒有用了，如希望程序的 HashSet 線程安全,可以采用 CopyOnWriteArraySet,但如果寫操作多於讀操作的話，那麽就應該采用 Collections.synchronizedSet(Set
??並發容器是“弱一致性”，因此在叠代器創建後，不能反映容器的增、刪、改的情況，同時size、isEmpty等方法只能得到一個估值，不是很精確。“弱一致性” 雖然在一些地方做出犧牲（就是上面所說的），但也極大提高了並發容器的其他方面性能，特別是叠代，叠代是可以並發進行，不需要額外的同步，也不會拋出 ConcurrentModificationException。
同步容器是“強一致性”,所以同步容器的叠代操作都需要加鎖來保證原子性操作。
對於除了叠代操作外的復合操作，並發容器中某些類提供了常用的復合操作的原子性方法（如：ConcurrentHashMap.putIfAbsent(K key, V value) ）。對於復合操作，要謹慎，特別是同步容器，記得加鎖來保證原子性。
下面是源碼分析的好文章，值得一看
1. 【JUC】JUC集合框架綜述
2. 【JUC】JDK1.8源碼分析之ConcurrentHashMap（一）
3. 【JUC】JDK1.8源碼分析之ConcurrentSkipListMap（二）
4. 【JUC】JDK1.8源碼分析之ArrayBlockingQueue（三）
5. 【JUC】JDK1.8源碼分析之LinkedBlockingQueue（四）
6. 【JUC】JDK1.8源碼分析之ConcurrentLinkedQueue（五）
7. 【JUC】JDK1.8源碼分析之CopyOnWriteArrayList（六）
8. 【JUC】JDK1.8源碼分析之CopyOnWriteArraySet（七）
9.【JUC】JDK1.8源碼分析之ConcurrentSkipListSet（八）
10.【JUC】JDK1.8源碼分析之SynchronousQueue（九）
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