JUC并发集合总结
文章目录
- ConcurrentLinkedQueue
- 代码实现：
- ConcurrentLinkedDeque
- 主要API介绍
- 代码实现
- DelayQueue
- 代码实现
- ArrayBlockingQueue
- 代码实现
- LinkedBlockingQueue
- LinkedBlockingDeque
- 主要API介绍
- 代码实现
- PriorityBlockingQueue
- 代码实现
- SynchronousQueue
- 代码实现
- LinkedTransferQueue
- 主要API介绍：
- 代码实现
- ConcurrentSkipListMap
- 主要API介绍
- 代码实现
- ConcurrentHashMap
- JDK6与JDK7中的实现
- JDK8中的实现
- 代码实现
- CopyOnWrite
- 什么是CopyOnWrite容器？
- 实现原理
- 代码实现
ConcurrentLinkedQueue
线程安全的支持高并发的队列，使用链表实现。非阻塞，无锁，无界。该队列也不允许空元素，而且size方法并不是常量，其需要遍历链表，此时并发修改链表会造成统计size不正确。同样，bulk操作和equal以及toArray方法不保证原子性。
代码实现：
public class ConcurrentLinkedQueueTest {
public static void main(String[] args) {
final ConcurrentLinkedQueue<String> queue = new ConcurrentLinkedQueue<>();
// 往队列中执行添加的任务
Runnable offerTask = () -> {
String threadName = Thread.currentThread().getName();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
queue.offer(threadName + i);
}
};
// 往队列中执行移除的任务
Runnable pollTask = () -> {
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
queue.poll();
}
};
Thread[] threads = new Thread[100];
// 100个offerTask线程
for (int i = 0; i < 100; i++) {
threads[i] = new Thread(offerTask);
threads[i].start();
}
// 主线程等待生产线程执行完毕
for (int i = 0; i < 100; i++) {
try {
threads[i].join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("当前队列size：" + queue.size());
Assert.assertEquals(10000 * 100, queue.size());
// 100个pollTask线程
for (int i = 0; i < 100; i++) {
threads[i] = new Thread(pollTask);
threads[i].start();
}
// 主线程等待消费线程执行完毕
for (int i = 0; i < 100; i++) {
try {
threads[i].join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("当前队列size：" + queue.size());
Assert.assertEquals(0, queue.size());
}
}
ConcurrentLinkedDeque
并发队列ConcurrentLinkedDeque，这是一个非阻塞，无锁，无界，线程安全双端操作的队列。简单说就是ConcurrentLinkedQueue的升级版，在JDK7之后才提供。该队列也不允许空元素，而且size方法并不是常量，其需要遍历链表，此时并发修改链表会造成统计size不正确。同样，bulk操作和equal以及toArray方法不保证原子性。
主要API介绍
- 不抛异常，会移除
pollFirst()和pollLast()：返回并移除队列中第一个元素和最后一个元素，如果队列为空，返回null - 不抛异常，不会移除
peek()、peekFirst()和peekLast()：这些方法将分别返回列表的第一个和最后一个元素。它们不会从列表删除返回的元素。如果列表为空，这些方法将返回null值。 - 抛异常，会移除
remove()、removeFirst()、removeLast()：这些方法将分别返回列表的第一个和最后一个元素。它们将从列表删除返回的元素。如果列表为空，这些方法将抛出NoSuchElementExcpetion异常。 - 抛异常，不会移除
getFirst()和getLast()：这些方法将分别返回列表的第一个和最后一个元素。它们不会从列表删除返回的元素。如果列表为空，这些方法将抛出NoSuchElementExcpetion异常。
代码实现
public class AddTask implements Runnable {
private ConcurrentLinkedDeque<String> deque;
public AddTask(ConcurrentLinkedDeque<String> deque) {
this.deque = deque;
}
// 在列表中存储10000个正在执行任务的线程的名称和一个数字的字符串。
@Override
public void run() {
String name = Thread.currentThread().getName();
for(int i = 0; i < 10000; i++) {
deque.add(name + ": Element " + i);
}
}
}
public class PollTask implements Runnable {
private ConcurrentLinkedDeque<String> deque;
public PollTask(ConcurrentLinkedDeque<String> deque) {
this.deque = deque;
}
// 从列表中取出10000个元素（在一个循环5000次的循环中，每次取出2个元素）。
@Override
public void run() {
for(int i = 0; i < 5000; i++) {
// 返回并移除队列中第一个元素，如果队列为空，返回null
deque.pollFirst();
// 返回并队列中最后一个元素，如果队列为空，返回null
deque.pollLast();
}
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
final ConcurrentLinkedDeque<String> deque = new ConcurrentLinkedDeque<>();
Thread[] threads = new Thread[100];
// 创建100个AddTask，并启动线程，每一个task都会在list中加入10000个元素，即最终应该是1000000个元素
for(int i = 0; i < threads.length; i++) {
threads[i] = new Thread(new AddTask(deque));
threads[i].start();
}
System.out.printf("Main: %d AddTask threads have been launched\n", threads.length);
// 让Main线程等待所有AddTask线程执行完毕后才能继续执行
for(int i = 0; i < threads.length; i++) {
try {
threads[i].join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.printf("Main: Size of the List: %d\n", deque.size());
// 创建100个PollTask，并启动线程，每一个task会从list中取出10000个元素，即list最终应剩余0个元素
for(int i = 0; i < threads.length; i++) {
threads[i] = new Thread(new PollTask(deque));
threads[i].start();
}
System.out.printf("Main: %d PollTask threads have been launched\n", threads.length);
// 让Main线程等待所有PollTask线程执行完毕后才能继续执行
for(int i = 0; i < threads.length; i++) {
try {
threads[i].join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.printf("Main: Size of the List: %d\n", deque.size());
}
}
DelayQueue
此队列中的元素必须实现Delayed接口，其实也是一个阻塞队列。
代码实现
// 事件类
public class Event implements Delayed {
// 到期时间
private Date startDate;
public Event(Date startDate) {
this.startDate = startDate;
}
// 此方法返回此延迟对象剩余多少时间到期,根据给定的TmeUnit表示
@Override
public long getDelay(TimeUnit unit) {
Date now = new Date();
long diff = startDate.getTime() - now.getTime();
return unit.convert(diff, TimeUnit.MILLISECONDS);
}
// 可以理解为,延迟队列根据此方法的返回值,排列延迟对象在延迟队列中的位置
// 这里表达的意思是: 距离到期时间越远的延迟对象,放到延迟队列的越后面
@Override
public int compareTo(Delayed o) {
long result = this.getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS) - o.getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS);
if (result < 0) {
return -1;
} else if (result > 0) {
return 1;
} else {
return 0;
}
}
}
// 任务类
public class Task implements Runnable {
private int id;
private DelayQueue<Event> queue;
public Task(int id, DelayQueue<Event> queue) {
this.id = id;
this.queue = queue;
}
@Override
public void run() {
Date now = new Date();
Date delay = new Date();
delay.setTime(now.getTime() + (id * 4000));
System.out.printf("Thread %s: %s\n", id, delay);
for (int i = 0; i < 100; i++) {
Event event = new Event(delay);
queue.add(event);
}
}
}
// 主类
/*
DelayedQueue类是Java API提供的一种有趣的数据结构，并且你可以用在并发应用程序中。
在这个类中，你可以存储带有激活日期的元素。方法返回或抽取队列的元素将忽略未到期的数据元素。它们对这些方法来说是看不见的。
为了获取这种行为，你想要存储到DelayedQueue类中的元素必须实现Delayed接口。这个接口允许你处理延迟对象，
所以你将实现存储在DelayedQueue对象的激活日期，这个激活时期将作为对象的剩余时间，直到激活日期到来。
这个接口强制实现以下两种方法：
1.compareTo(Delayed o)：Delayed接口继承Comparable接口。
如果执行这个方法的对象的延期小于作为参数传入的对象时，该方法返回一个小于0的值。
如果执行这个方法的对象的延期大于作为参数传入的对象时，该方法返回一个大于0的值。
如果这两个对象有相同的延期，该方法返回0。
2.getDelay(TimeUnit unit)：该方法返回与此对象相关的剩余延迟时间，以给定的时间单位表示。
*/
public class Main {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 一个共享延迟队列
DelayQueue<Event> queue = new DelayQueue<>();
Thread threads[] = new Thread[5];
// 5个线程
for (int i = 0; i < threads.length; i++) {
Task task = new Task(i + 1, queue);
threads[i] = new Thread(task);
}
// 启动这5个线程,每个线程往延迟队列中放入100个Event对象,并指定Event对象的StartDate
for (int i = 0; i < threads.length; i++) {
threads[i].start();
}
// 等待线程执行完毕
for (int i = 0; i < threads.length; i++) {
threads[i].join();
}
System.out.println(queue.size());
// 当延迟队列中有数据时,每500毫秒从延迟队列中
do {
int counter = 0;
Event event;
do {
// 只有当延迟对象到期后才能从queue中取到
// 注意: 这里如果使用take方法获取,如果获取不到会阻塞.而poll方法获取不到会返回空
event = queue.poll();
if (event != null) counter++;
} while (event != null);
System.out.printf("At %s you have read %d events\n", new Date(), counter);
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(500);
} while (queue.size() > 0);
}
}
ArrayBlockingQueue
有界阻塞队列，数组实现。
代码实现
public class ArrayBlockingQueueTest {
public static void main(String[] args) {
// 用于记录生产总量
AtomicInteger putCount = new AtomicInteger(0);
// 用于记录消费总量
AtomicInteger takeCount = new AtomicInteger(0);
final ArrayBlockingQueue<String> queue = new ArrayBlockingQueue<>(10);
// putTask负责生产数据放入queue
Runnable putTask = () -> {
String threadName = Thread.currentThread().getName();
for(int i = 0; i < 10000; i++) {
try {
// 向queue中放入数据。当queue中的元素数量已满，则阻塞等待，等到有人消费掉，再向queue中放入数据
queue.put(threadName + i);
putCount.incrementAndGet();
System.out.println(threadName + ":" + queue.size());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
};
// takeTask负责从queue消费数据
Runnable takeTask = () -> {
String threadName = Thread.currentThread().getName();
for(int i = 0; i < 10000; i++) {
try {
// 从queue中取出数据。当queue中没有元素时，则阻塞等待，等到有人生产出数据放入queue时再进行消费
queue.take();
takeCount.incrementAndGet();
System.out.println(threadName + ":" + queue.size());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
};
Thread[] putThreads = new Thread[10];
Thread[] takeThreads = new Thread[10];
// 启动10个生产者线程和10个消费者线程
for(int i = 0; i < 10; i++) {
Thread putThread = new Thread(putTask, "producer" + i);
putThreads[i] = putThread;
putThread.start();
Thread takeThread = new Thread(takeTask, "consumer" + i);
takeThreads[i] = takeThread;
takeThread.start();
}
// 等待生产者线程和消费者线程执行完毕
for(int i = 0; i < 10; i++) {
try {
putThreads[i].join();
takeThreads[i].join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 输出生产总量和消费总量
System.out.println(putCount.get());
System.out.println(takeCount.get());
}
}
LinkedBlockingQueue
无界阻塞队列（也可以指定有界），链表实现。和LinkedBlockingDeque差不多，一个单向、一个双向。
LinkedBlockingDeque
无界阻塞队列（也可以指定有界），链表实现。和LinkedBlockingQueue差不多，一个单向、一个双向。
主要API介绍
-
获取：获取到并移除/获取不到就阻塞
takeFirst()和takeLast()：这些方法分别返回队列的第一个和最后一个元素。它们从队列删除返回的元素。如果队列为空，这些方法将阻塞线程，直到队列有元素。 -
获取：获取到并移除/获取不到返回null
poll()、pollFirst()和pollLast()：这些方法分别返回队列的第一个和最后一个元素。它们从队列删除返回的元素。如果队列为空，这些方法将返回null值。 -
获取：获取到但不移除/获取不到抛异常
getFirst()和getLast()：这些方法分别返回队列的第一个和最后一个元素。它们不会从队列删除返回的元素。如果队列为空，这些方法将抛出NoSuchElementExcpetion异常。 -
获取：获取到但不移除/获取不到返回null
peek()、peekFirst(),和peekLast()：这些方法分别返回队列的第一个和最后一个元素。它们不会从队列删除返回的元素。如果队列为空，这些方法将返回null值。 -
添加：超过容量的添加会抛出异常
add()、addFirst()、addLast()：这些方法分别在第一个位置和最后一个位置上添加元素（add是在最后添加）。如果队列已满（你已使用固定大小创建它），这些方法将抛出IllegalStateException异常。
代码实现
public class Client implements Runnable {
private LinkedBlockingDeque<String> deque;
public Client(LinkedBlockingDeque<String> deque) {
this.deque = deque;
}
@Override
public void run() {
// 每2秒往队列中放入5个字符串，重复3次
for (int i = 0; i < 3; i++) {
for (int j = 0; j < 5; j++) {
StringBuilder request = new StringBuilder();
request.append(i);
request.append(":");
request.append(j);
try {
deque.put(request.toString());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.printf("Client: %s at %s.\n", request, new Date());
}
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.printf("Client: End.\n");
}
}
public class Main {
/*
Client类使用put()方法添加字符串到队列中。
如果队列已满（因为你已使用固定大小来创建它），这个方法阻塞线程的执行，直到队列有可用空间。
Main类使用take()方法从队列中获取字符串，
如果队列为空，这个方法将阻塞线程的执行，直到队列中有元素。
在这个例子中，使用LinkedBlockingDeque类的这两个方法，
如果它们在阻塞时被中断，将抛出InterruptedException异常。
所以，你必须包含必要的代码来捕捉这个异常。
*/
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 创建阻塞双端队列
LinkedBlockingDeque<String> deque = new LinkedBlockingDeque<>(3);
// Client每2秒会往这个双端队列中放入5个字符串，重复3次
Thread thread = new Thread(new Client(deque));
// 启动线程
thread.start();
// 每300毫秒从队列中取走3个元素，重复5次
for (int i = 0; i < 5; i++) {
for (int j = 0; j < 3; j++) {
String request = deque.take();
System.out.printf("Main: Request: %s at %s. Size:%d\n", request, new Date(), deque.size());
}
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(300);
}
System.out.printf("Main: End of the program.\n");
}
}
PriorityBlockingQueue
优先级队列，所有存储在PriorityBlockingQueue的元素必须实现Comparable接口。在使用add方法加入元素时，并不会进行排序，而是在第一次调用take或poll等方法时才会将队列元素排序（根据compareTo方法作升序排列），然后取出优先级最高的元素。
代码实现
public class Event implements Comparable<Event> {
// 用来存储已创建事件的线程数。
private int thread;
// 用来存储事件的优先级。
private int priority;
public Event(int thread, int priority) {
this.thread = thread;
this.priority = priority;
}
public int getThread() {
return thread;
}
public int getPriority() {
return priority;
}
// 实现compareTo()方法。它接收Event作为参数，并且比较当前事件与参数的优先级。
// 如果当前事件的优先级更大，则返回-1，如果这两个优先级相等，则返回0，如果当前事件的优先级更小，则返回1。
// 注意，这与大多数Comparator.compareTo()的实现是相反的。
// 即当前对象的优先级越高,越应该排在队列的最前方,可以理解为队列中的排序是根据此方法作升序排列的
@Override
public int compareTo(Event e) {
if (this.priority > e.getPriority()) {
return -1;
} else if (this.priority < e.getPriority()) {
return 1;
} else {
return 0;
}
}
}
SynchronousQueue
同步阻塞队列，直接队列中add会抛异常，除非此时有一个线程正调用take向此队列索取元素，那么队列会将add进来的元素直接交给正在take的线程。
代码实现
public class SynchronousQueueTest {
public static void main(String[] args) {
// 可以理解为这个阻塞队列的大小为0,生产者想要往这个队列中放数据是放不进的,
// 除非此时有线程在从此队列中取数据,那么此队列会将生产者会生产出的数据直接交给消费者
// 当没有消费者取数据时,各类添加操作的行为:
// put 阻塞
// offer 返回false
// add 抛出异常
final SynchronousQueue<Integer> queue = new SynchronousQueue<>();
// 生产者任务
new Thread(() -> {
String threadName = Thread.currentThread().getName();
for (int i = 0; i < 100; i++) {
try {
queue.put(i);
// 永远为0
System.out.println(threadName + ":" + queue.size());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
// 消费者任务
new Thread(() -> {
String threadName = Thread.currentThread().getName();
for (int i = 0; i < 100; i++) {
try {
queue.take();
// 永远为0
System.out.println(threadName + ":" + queue.size());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
}
}
LinkedTransferQueue
TransferQueue也具有SynchronousQueue的所有功能，但是TransferQueue的功能更强大。
主要API介绍：
transfer(E e)
若当前存在一个正在等待获取的消费者线程，即立刻将e移交之；否则将元素e插入到队列尾部，并且当前线程进入阻塞状态，直到有消费者线程取走该元素。tryTransfer(E e)
若当前存在一个正在等待获取的消费者线程，则该方法会即刻转移e，并返回true;若不存在则返回false，但是并不会将e插入到队列中。这个方法不会阻塞当前线程，要么快速返回true，要么快速返回false。hasWaitingConsumer()和getWaitingConsumerCount()
用来判断当前正在等待消费的消费者线程个数。tryTransfer(E e, long timeout, TimeUnit unit)
若当前存在一个正在等待获取的消费者线程，会立即传输给它; 否则将元素e插入到队列尾部，并且等待被消费者线程获取消费掉。若在指定的时间内元素e无法被消费者线程获取，则返回false，同时该元素从队列中移除。
代码实现
public class TransferQueueTest1 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
final TransferQueue<String> queue = new LinkedTransferQueue<>();
// 1
new Thread(() -> {
try {
// 向空队列中获取数据,这里会阻塞
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : queue.take() = " + queue.take());
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : queue.size() = " + queue.size());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}).start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
// 2
new Thread(() -> {
try {
// transfer(E e):
// 若当前存在一个正在等待获取的消费者线程,即立刻将元素移交给消费者线程,
// 否则将元素插入到队列尾部,并且当前线程进入阻塞状态,直到有消费者线程取走该元素
// A元素直接移交成功,因为在此之前有一个消费者线程正在等待获取
queue.transfer("A");
// B元素会移交不成功,所以会添加到队列尾部
queue.transfer("B");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}).start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
// 这里会获取到B元素，B元素在之前无法直接移交，会放到队列中，这里使用take方法直接获取到
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : queue.take() = " + queue.take());
// 此时队列容量为0，队列中所有元素均被取走
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : queue.size() = " + queue.size());
}
}
public class TransferQueueTest2 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
final TransferQueue<String> queue = new LinkedTransferQueue<>();
// 1
new Thread(() -> {
try {
// 向空队列中获取数据,这里会阻塞
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ " : queue.take() = " + queue.take());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}).start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
// 2
new Thread(() -> {
// tryTransfer(E e):
// 若当前存在一个正在等待获取的消费者线程，则该方法会即刻转移e，并返回true;
// 若不存在则返回false，但是并不会将e插入到队列中。
// 这个方法不会阻塞当前线程，要么快速返回true，要么快速返回false。
// A元素直接移交成功,因为在此之前有一个消费者线程正在等待获取
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
" : queue.tryTransfer(\"A\") = " + queue.tryTransfer("A"));
// B元素会移交不成功,直接返回false,也不会将B放入队列中
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
" : queue.tryTransfer(\"B\") = " + queue.tryTransfer("B"));
}).start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
// 此时队列大小为0，因为tryTransfer不会将未成功移交的元素放入队列
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : queue.size() = " + queue.size());
}
}
ConcurrentSkipListMap
ConcurrentSkipListMap是ConcurrentNavigableMap的实现类，在内部实现中，它使用Skip List来存储数据。Skip List是基于并行列表的数据结构，它允许我们获取类似二叉树的效率。使用它，你可以得到一个排序的数据结构，这比排序数列使用更短的访问时间来插入、搜索和删除元素。
主要API介绍
headMap(K toKey)：K是参数化ConcurrentSkipListMap对象的Key值的类。返回此映射的部分视图，其键值小于 toKey。tailMap(K fromKey)：K是参数化ConcurrentSkipListMap对象的Key值的类。返回此映射的部分视图，其键大于等于 fromKey。putIfAbsent(K key, V Value)：如果key不存在map中，则这个方法插入指定的key和value。pollLastEntry()：这个方法返回并删除map中最后一个元素的Map.Entry对象。replace(K key, V Value)：如果这个key存在map中，则这个方法将指定key的value替换成新的value。
代码实现
public class Main {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ConcurrentSkipListMap<String, Contact> map = new ConcurrentSkipListMap<>();
Thread threads[] = new Thread[25];
int counter = 0;
// 创建并启动25个线程,每个线程的任务就是往map中放入1000条数据
// key：A1001 value：new Contact(A, 1001)
for (char i = 'A'; i < 'Z'; i++) {
// Task (ConcurrentSkipListMap map, String id)
Task task = new Task(map, String.valueOf(i));
threads[counter] = new Thread(task);
threads[counter].start();
counter++;
}
// 等待线程创建完毕
for (int i = 0; i < 25; i++) {
threads[i].join();
}
// 输出map当前容量，即25000
System.out.printf("Main: Size of the map: %d\n", map.size());
Map.Entry<String, Contact> element;
Contact contact;
// 获取第一个Entry
element = map.firstEntry();
contact = element.getValue();
System.out.printf("Main: First Entry: %s: %s\n", contact.getName(), contact.getPhone());
// 获取最后一个Entry
element = map.lastEntry();
contact = element.getValue();
System.out.printf("Main: Last Entry: %s: %s\n", contact.getName(), contact.getPhone());
// 获取key为A1996-B1002之间的数据作为子map，实际上取出的是A1996-B1001，即包左不包右的原则
System.out.printf("Main: Submap from A1996 to B1002: \n");
ConcurrentNavigableMap<String, Contact> submap = map.subMap("A1996", "B1002");
do {
// 获取并移除第一个Entry
element = submap.pollFirstEntry();
if (element != null) {
contact = element.getValue();
System.out.printf("%s: %s\n", contact.getName(), contact.getPhone());
}
} while (element != null);
// 输出map当前容量，即24994
System.out.printf("Main: Size of the map: %d\n", map.size());
}
}
ConcurrentHashMap
以下内容的原文地址：ConcurrentHashMap总结
并发编程实践中，ConcurrentHashMap是一个经常被使用的数据结构，相比于Hashtable以及Collections.synchronizedMap()，ConcurrentHashMap在线程安全的基础上提供了更好的写并发能力，但同时降低了对读一致性的要求。ConcurrentHashMap的设计与实现非常精巧，大量的利用了volatile，final，CAS等lock-free技术来减少锁竞争对于性能的影响。ConcurrentHashMap在JDK6，7，8中实现都不同。
JDK6与JDK7中的实现
ConcurrentHashMap采用了分段锁的设计，只有在同一个分段内才存在竞态关系，不同的分段锁之间没有锁竞争。相比于对整个Map加锁的设计，分段锁大大的提高了高并发环境下的处理能力。但同时，由于不是对整个Map加锁，导致一些需要扫描整个Map的方法（如size(), containsValue()）需要使用特殊的实现，另外一些方法（如clear()）甚至放弃了对一致性的要求（ConcurrentHashMap是弱一致性的，具体请查看ConcurrentHashMap能完全替代HashTable吗？）。
JDK8中的实现
ConcurrentHashMap在JDK8中进行了巨大改动，很需要通过源码来再次学习下Doug Lea的实现方法。
它摒弃了Segment（锁段）的概念，而是启用了一种全新的方式实现,利用CAS算法。它沿用了与它同时期的HashMap版本的思想，底层依然由“数组”+链表+红黑树的方式思想(JDK7与JDK8中HashMap的实现)，但是为了做到并发，又增加了很多辅助的类，例如TreeBin，Traverser等对象内部类。
代码实现
public class ConcurrentHashMapTest {
public static long execute(Map<String, String> map) {
Random random = new Random();
Thread[] threads = new Thread[100];
long start = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < threads.length; i++) {
final int x = i;
threads[i] = new Thread(() -> {
for (int j = 0; j < 10000; j++) {
map.put(String.valueOf(random.nextInt(100000)), x + "" + j);
}
});
}
for (int i = 0; i < 100; i++) {
threads[i].start();
}
for (int i = 0; i < 100; i++) {
try {
threads[i].join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
return System.currentTimeMillis() - start;
}
public static void main(String[] args) {
Map<String, String> hashtable = new Hashtable<>();
Map<String, String> concurrentHashMap = new ConcurrentHashMap<>();
Map<String, String> concurrentSkipListMap = new ConcurrentSkipListMap<>();
long total = 0;
for (int i = 0; i < 10; i++) {
total += execute(hashtable);
}
System.out.println("hashtable: " + total); // 3942
total = 0;
for (int i = 0; i < 10; i++) {
total += execute(concurrentHashMap);
}
System.out.println("concurrentHashMap: " + total); // 1258
total = 0;
for (int i = 0; i < 10; i++) {
total += execute(concurrentSkipListMap);
}
System.out.println("concurrentSkipListMap: " + total); // 2525
}
}
CopyOnWrite
以下内容的原文地址：聊聊并发-Java中的Copy-On-Write容器
Copy-On-Write简称COW，是一种用于程序设计中的优化策略。其基本思路是，从一开始大家都在共享同一个内容，当某个人想要修改这个内容的时候，才会真正把内容Copy出去形成一个新的内容然后再改，这是一种延时懒惰策略。从JDK1.5开始Java并发包里提供了两个使用CopyOnWrite机制实现的并发容器,它们是CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet。CopyOnWrite容器非常有用，可以在非常多的并发场景中使用到。
什么是CopyOnWrite容器？
CopyOnWrite容器即写时复制的容器。通俗的理解是当我们往一个容器添加元素的时候，不直接往当前容器添加，而是先将当前容器进行Copy，复制出一个新的容器，然后新的容器里添加元素，添加完元素之后，再将原容器的引用指向新的容器。这样做的好处是我们可以对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容器也是一种读写分离的思想，读和写不同的容器。
实现原理
以下是CopyOnWriteArrayList的源码，可以发现在添加的时候是需要加锁的，否则多线程写的时候会Copy出N个副本出来。读的时候不需要加锁，如果读的时候有多个线程正在向list添加数据，读还是会读到旧的数据，因为写的时候不会锁住旧的list。
public boolean add(E e) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
newElements[len] = e;
setArray(newElements);
return true;
} finally {
lock.unlock();
}
}
public E get(int index) {
return get(getArray(), index);
}
代码实现
public class CopyOnWriteArrayListTest {
public static void main(String[] args) {
final List<String> list =
// Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
// new Vector<>();
// 并发写时，CopyOnWriteArrayList性能远不如synchronizedList和Vector
new CopyOnWriteArrayList<>();
Random random = new Random();
// 创建100个线程，每个线程的任务就是往list中放入1000条数据
Thread[] threads = new Thread[100];
for (int i = 0; i < threads.length; i++) {
Runnable task = () -> {
for (int j = 0; j < 1000; j++) {
list.add("a" + random.nextInt(10000));
}
};
threads[i] = new Thread(task);
}
long start = System.currentTimeMillis();
// 启动所有线程
for (Thread thread : Arrays.asList(threads)) {
thread.start();
}
// 等待这些线程执行完毕
for (Thread thread : Arrays.asList(threads)) {
try {
thread.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println(System.currentTimeMillis() - start);
System.out.println(list.size());
}
}