同步类容器和并发类容器

前言：学习笔记，以供参考

1.同步类容器

　　同步类容器是线程安全的，但在某些场景下需要加锁来保护复合操作。复合类操作如：迭代（反复访问元素，遍历完容器中所有的元素）、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的修改容器时，可能会出现意外的行为，最经典的就是ConcurrnetModificationException，原因是在容器迭代的过程中，被并发的修改内容，这是由于早期迭代器设计的时候并没有考虑并发修改的问题。

package com.wp.test;
import java.util.Vector;
public class TestVector {
    public static void main(String[] args) {
        Vector<String> v = new Vector<String>(10);
        for(int i=0;i<10;i++){
            v.add(i, Integer.toString(i));
        }
        for (String string : v) {
            v.remove(2);
            System.out.println(string);
        }
    }
}

　　结果分析：

0
Exception in thread "main" java.util.ConcurrentModificationException
    at java.util.Vector$Itr.checkForComodification(Vector.java:1156)
    at java.util.Vector$Itr.next(Vector.java:1133)
    at com.wp.test.TestVector.main(TestVector.java:11)

　　同步类容器，如古老的Vector、HashTable。这些容器的同步功能其实都是由JDK的Collections.Synchronized***等工厂方法去创建实现的。其底层的机制无非就是用传统的synchronized关键字对每个公用的方法都进行同步，使得每次只能一个线程访问容器的状态。这很明显不满足我们今天互联网时代高并发的需求，在保证线程安全的同时，也必须要有足够好的性能。

Map<String,String> map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<String,String>());

2.异步类容器

　　Jdk5.0以后提供了多种并发类容器来替代同步类容器，从而改善了性能。同步类容器的状态都是串行化的。他们虽然实现了线程安全，但是严重降低了并发性，在多线程环境时，严重降低了应用程序的吞吐量。

　　并发类容器是专门针对并发设计的，使用ConcurrentHashMap来替代给予散列的传统的HashTable，而且在ConcurrentHashMap中，添加了一些常见复合操作的支持。以及使用了CopyOnWriterArrayList替代Vector，并发的CopyOnWriterArraySet，以及并发的Queue，ConcurrentLinkedQueue和LinkedBlockingQueue，前者是高性能队列，后者是以阻塞形式的队列，具体实现Queue还有很多，例如ArrayBlockingQueue、PriorityBlockingQueue、SynchronousQueue等。

2.1 ConcurrentHashMap

ConcurrentMap接口下有两个重要的实现：

         1.ConcurrentHashMap

         2.ConcurrentSkipListMap（支持并发排序功能，弥补ConcurrentHashMap）

　　ConcurrentHashMap内部使用段（Segment）来表示这些不同的部分，每个段其实就是一个小的HashTable，它们有自己的锁。只要多个修改操作发生在不同的段上，它们就可以并发进行。把一个整体分成了16个段（Segment）。也就是最高支持16个线程的并发修改操作。这也是在多线程场景时减小锁的力度从而降低锁竞争的一种方案。并且代码中大多共享变量使用volatile关键字声明，目的是第一时间获取修改的内容，性能非常好。

package com.wp.test;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
public class UseConcurrentHashMap {
    public static void main(String[] args) {
        ConcurrentHashMap<String, String> chm = new ConcurrentHashMap<String,String>();
        chm.put("k1", "v1");
        chm.put("k2", "v2");
        chm.put("k3", "v3");
        chm.putIfAbsent("k3", "vvv");//<pre>if (!map.containsKey(key)) return map.put(key, value); else return map.get(key);</pre> 
        //System.out.println(chm.get("k2"));
        //System.out.println(chm.size());
        for (Map.Entry<String, String> me : chm.entrySet()) {
            System.out.println("key:"+me.getKey()+",value:"+me.getValue());
        }
    }
}

2.2 Copy-OnWrite容器

　　Copy-On-Write简称COW，是一种用于程序设计中的优化策略。

　　JDK里的COW容器有两种：CopyOnWriterArrayList和CopyOnWriterArraySet，COW容器非常有用，可以在非常多的并发场景中使用到。

什么是CopyOnWriter容器？

         CopyOnWriter容器即写时复制的容器。通俗的理解是当我们往一个容器中添加元素的时候，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CopyOnWriter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CopyOnWriter容器也是一种读写分离的思想，读和写不同的容器。

使用场景：读多写少

本质：读写分离

package com.wp.test;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArraySet;
public class UseCopyOnWriter {
    public static void main(String[] args) {
        CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>();
        CopyOnWriteArraySet<String> set = new CopyOnWriteArraySet<>();
    }
}