CopyOnWriteArrayList &BlockingQueue&ConcurrentMap

一、CopyOnWriteArrayList

制作数组的干净复本是一项成本极高的操作，在时间和内存这两方面均有开销，以至于在通常的应用中不能考虑该方法；开发者常常求助于使用同步的 ArrayList来替代前述方法。但这也是一个比较有代价的选项，因为当每次你遍历访问该集合中的内容时，你不得不同步所有的方法，包括读和写，以确保内存一致性。      在有大量用户在读取ArrayList而只有很少用户对其进行修改的这一场景中，上述方法将使成本结构变得缓慢。      CopyOnWriteArrayList就是解决这一问题的一个极好的宝贝工具。它的Javadoc描述到，ArrayList通过创建数组的干净复本来实现可变操作(添加，修改，等等)，而CopyOnWriteArrayList则是ArrayList的一个"线程安全"的变体。      对于任何修改操作，该集合类会在内部将其内容复制到一个新数组中，所以当读用户访问数组的内容时不会招致任何同步开销(因为它们没有对可变数据进行操作)。      本质上，创建CopyOnWriteArrayList的想法，是出于应对当ArrayList无法满足我们要求时的场景：经常读，而很少写的集合对象，例如针对JavaBean事件的Listener。

用途：读多写少，ArrayList(读 不加锁)  Vector(写 加锁)

二、ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap和Hashtable主要区别就是围绕着锁的粒度以及如何锁。如图 

 

    左边便是Hashtable的实现方式---锁整个hash表；而右边则是ConcurrentHashMap的实现方式---锁桶（或段）。ConcurrentHashMap将hash表分为16个桶（默认值），诸如get,put,remove等常用操作只锁当前需要用到的桶。试想，原来只能一个线程进入，现在却能同时16个写线程进入（写线程才需要锁定，而读线程几乎不受限制，之后会提到），并发性的提升是显而易见的。 
    更令人惊讶的是ConcurrentHashMap的读取并发，因为在读取的大多数时候都没有用到锁定，所以读取操作几乎是完全的并发操作，而写操作锁定的粒度又非常细，比起之前又更加快速（这一点在桶更多时表现得更明显些）。只有在求size等操作时才需要锁定整个表。而在迭代时，ConcurrentHashMap使用了不同于传统集合的快速失败迭代器（见之前的文章《JAVA API备忘---集合》）的另一种迭代方式，我们称为弱一致迭代器。在这种迭代方式中，当iterator被创建后集合再发生改变就不再是抛出ConcurrentModificationException，取而代之的是在改变时new新的数据从而不影响原有的数据，iterator完成后再将头指针替换为新的数据，这样iterator线程可以使用原来老的数据，而写线程也可以并发的完成改变，更重要的，这保证了多个线程并发执行的连续性和扩展性，是性能提升的关键。 
    接下来，让我们看看ConcurrentHashMap中的几个重要方法，心里知道了实现机制后，使用起来就更加有底气。 
    ConcurrentHashMap中主要实体类就是三个：ConcurrentHashMap（整个Hash表）,Segment（桶），HashEntry（节点），对应上面的图可以看出之间的关系。 

注意：

• ConcurrentHashMap，不要轻易用.size()，因为它会锁整张表；

• ConcurrentHashMap，不要轻易用.remove()，因为它会涉及到hashTable中该entry之前的所有元素都要进行拷贝操作（为什么要拷贝呢？因为entry除了value字段是变量外，其他都是final的，这样索引的时候不用同步，性能更快）

用途：读多写少，HashMap(读 不加锁)  Hashtable(写 加锁)

三、BlockingQueue

    BlockingQueue,如果BlockQueue是空的,从BlockingQueue取东西的操作将会被阻断进入等待状态,直到BlockingQueue进了东西才会被唤醒.同样,如果BlockingQueue是满的,任何试图往里存东西的操作也会被阻断进入等待状态,直到BlockingQueue里有空间才会被唤醒继续操作.

    使用BlockingQueue的关键技术点如下:

    1.BlockingQueue定义的常用方法如下:

        1)add(anObject):把anObject加到BlockingQueue里,即如果BlockingQueue可以容纳,则返回true,否则招聘异常

        2)offer(anObject):表示如果可能的话,将anObject加到BlockingQueue里,即如果BlockingQueue可以容纳,则返回true,否则返回false.

        3)put(anObject):把anObject加到BlockingQueue里,如果BlockQueue没有空间,则调用此方法的线程被阻断直到BlockingQueue里面有空间再继续.

        4)poll(time):取走BlockingQueue里排在首位的对象,若不能立即取出,则可以等time参数规定的时间,取不到时返回null

        5)take():取走BlockingQueue里排在首位的对象,若BlockingQueue为空,阻断进入等待状态直到Blocking有新的对象被加入为止

    2.BlockingQueue有四个具体的实现类,根据不同需求,选择不同的实现类

        1)ArrayBlockingQueue:规定大小的BlockingQueue,其构造函数必须带一个int参数来指明其大小.其所含的对象是以FIFO(先入先出)顺序排序的.

        2)LinkedBlockingQueue:大小不定的BlockingQueue,若其构造函数带一个规定大小的参数,生成的BlockingQueue有大小限制,若不带大小参数,所生成的BlockingQueue的大小由Integer.MAX_VALUE来决定.其所含的对象是以FIFO(先入先出)顺序排序的

        3)PriorityBlockingQueue:类似于LinkedBlockQueue,但其所含对象的排序不是FIFO,而是依据对象的自然排序顺序或者是构造函数的Comparator决定的顺序.

        4)SynchronousQueue:特殊的BlockingQueue,对其的操作必须是放和取交替完成的.

    3.LinkedBlockingQueue和ArrayBlockingQueue比较起来,它们背后所用的数据结构不一样,导致LinkedBlockingQueue的数据吞吐量要大于ArrayBlockingQueue,但在线程数量很大时其性能的可预见性低于ArrayBlockingQueue.

BlockingQueue和Queue的区别：

1.BlockingQueue:支持两个附加操作的 Queue，这两个操作是：检索元素时等待队列变为非空，以及存储元素时等待空间变得可用。
2.BlockingQueue 不接受 null 元素。
3.BlockingQueue 可以是限定容量的。
4.BlockingQueue 实现是线程安全的。Queue不是线程安全的。因此可以将Blockingqueue用于用于生产者-使用者队列。