JAVA 多线程随笔 (三) 多线程用到的并发容器 (ConcurrentHashMap,CopyOnWriteArrayList, CopyOnWriteArraySet)

1.引言
　　在多线程的环境中，如果想要使用容器类，就需要注意所使用的容器类是否是线程安全的。在最早开始，人们一般都在使用同步容器（Vector,HashTable),其基本的原理，就是针对容器的每一个操作，都添加synchronized来进行同步，此种方式尽管简单，但是其性能是非常地下的，所以现在已经不怎么使用了。人们普遍会使用并发的容器，在JDK1.5之后，针对基于散列的Map，提供了新的ConcurrentHashMap，针对迭代需求的list，提供了CopyOnWriteList.

2.ConcurrentHashMap
　　ConcurrentHashMap使用了一种分段锁的策略，使得map可以被多个读写线程并行的访问。基本可以认为是将map的key值范围分为多个段，这样多个线程访问的时候，他们需要访问的key值在不同的段，所以可以互相不干扰，
使用不同的锁对象来进行并发操作。
　　ConcurrentHashMap在使用迭代器遍历的时候，不会报ConcurrentModificationException，提供“弱一致性”。在遍历迭代的时候，也会反应出在迭代器创建之后的数据修改。

应用场景
针对一般的有并发需求的map，都应该使用ConcurrentHashMap. 它的性能优于Hashtable和synchronizedMap。
　　缺点
1.不是强一致性　
　　由于是采用的分段锁策略，所以一些数据不能保证强一致性。比如针对容器的size方法，由于线程A只是获得了自己的分段锁，它不能保证其他线程对容器的修改，所以此时线程A可能使用size，会得到不稳定数据。这种情况下，是对同步性能的一些折衷。如果业务需求必须满足强一致性，才会需要对整个Map进行锁操作。并发容器的弱一致性的概念背景，是在高并发情况下，容器的size和isEmpty之类的方法，用处不大，所以可以忍受数据不一致性。

3.CopyOnWrite容器
　　在JDK1.5之后，java.util.concurrent引入了两个CopyOnWrite容器，分别是CopyOnWriteArrayList, CopyOnWriteArraySet. 
　　顾名思义，CopyOnWrite就是在write操作之前，对集合进行Copy，针对容器的任意改操作(add,set,remove之类),都是在容器的副本上进行的。并且在修改完之后，将原容器的引用指向修改后的副本。
如果线程A得到容器list1的iterator之后，线程B对容器list1加入了新的元素，由于线程A获得list1的iterator时候在线程B对list1进行修改前，所以线程A是看不到线程B对list1进行的任何修改。
具体到源码，看一下add操作

     /**
     * Appends the specified element to the end of this list.
     *
     * @param e element to be appended to this list
     * @return {@code true} (as specified by {@link Collection#add})
     */
    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();
        }
    }

可以发现，写操作是会有个锁lock.lock()，这保证了多线程写操作之间的同步。之后使用Arrays.copyOf来进行数组拷贝，在修改完成后，setArray(newElements)将原来的数组引用指向新的数组。

　　应用场景
经常用在读多写少的场景，比如EventListener的添加，网站的category列表等偶尔修改，但是需要大量读取的情景。
　　缺点
1.数据一致性的问题。　　
　　因为读操作没有用到并发控制，所以可能某个线程读到的数据不是实时数据。
2.内存占用问题。
　　因为写操作会进行数据拷贝，并且旧有的数据引用也可能被其他线程占有一段时间，这样针对数据比较大的情况，可能会占用相当大的内存。并且由于每次写操作都会占用额外的内存，最后进行的GC时间也可能相应的增加。