并发编程中，会使用到容器类。JDK本身提供了一些常用且基础的容器类，很有必要了解一下。

一、旧时代的同步容器

在Java 1.5之前，线程安全的容器类实现相对简单，性能方面也差强人意，但我们还是要了解一下。

• Vector。线程安全的ArrayList，所有方法都用synchronized修饰，达到线程安全的目的
• HashTable。线程安全的HashMap，所有方法都用synchronized修饰，达到线程安全的目的
• Collections.synchronizedXxx工厂方法。返回的容器类内部使用synchronized关键字实现线程安全

二、新时代的并发容器

Java 1.5之后，利用CAS指令（乐观锁）提供了更高效的并发容器。

1、非阻塞队列

• ConcurrentLinkedQueue。基于链表的无界线程安全队列，采用非阻塞算法，高并发环境下性能最好的队列。适用场景：高并发的生产者-消费者模型，不需要阻塞等待的场景

2、写时复制容器

• CopyOnWriteArrayList。只在写时加锁的ArrayList，采用写时复制（Copy-On-Write）的思想，读性能大幅提升。适用场景：读多写少的场景，如配置、黑白名单等
• CopyOnWriteArraySet。基于CopyOnWriteArrayList实现的Set，同样适用于读多写少的场景

3、阻塞队列

• BlockingQueue。一个阻塞式的数据共享通道，参考：阻塞队列BlockingQueue。主要实现有：
  • ArrayBlockingQueue。基于数组的有界阻塞队列，必须指定容量
  • LinkedBlockingQueue。基于链表的可选有界阻塞队列，不指定容量时为Integer.MAX_VALUE
  • LinkedBlockingDeque。基于链表的双向阻塞队列，支持从两端插入和移除元素
  • PriorityBlockingQueue。支持优先级排序的无界阻塞队列
  • DelayQueue。支持延迟获取元素的无界阻塞队列
  • SynchronousQueue。不存储元素的阻塞队列，每个插入操作必须等待另一个线程的移除操作

4、并发Map

• ConcurrentMap。线程安全的Map接口，主要实现有：
  • ConcurrentHashMap。高并发哈希表，采用分段锁（JDK 1.7）或CAS+synchronized（JDK 1.8+）实现，适用于高并发的键值对存储
  • ConcurrentSkipListMap。基于跳表实现的有序并发Map，提供有序的遍历。相比TreeMap的红黑树实现，跳表的插入和删除只需要对局部数据进行操作，避免了全局锁的使用

三、核心设计思想

1、分段锁（Segment Locking）

ConcurrentHashMap在JDK 1.7中利用了分而治之的思想，使用分段锁（Segment）技术。将整个哈希表分为多个段，每个段独立加锁，这样不同段的操作可以并发进行，大大提高了并发性能。JDK 1.8之后改为使用CAS操作和synchronized锁定桶头节点，进一步优化了性能。

2、写时复制（Copy-On-Write）

CopyOnWriteArrayList采用了写时复制的思想：

• 读操作不加锁，直接读取当前数组
• 写操作会复制一份新的数组，在新数组上修改，然后将引用指向新数组
• 在迭代频率远高于容器修改时，性能大大增强
• 缺点是内存占用较大，且数据一致性是最终一致性

3、非阻塞算法

ConcurrentLinkedQueue使用非阻塞算法（lock-free），基于CAS操作实现线程安全，避免了锁的开销，在高并发场景下性能优异。

四、使用示例

1、ConcurrentHashMap示例

ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();
// 线程安全的put操作
map.put("key1", 1);
// 原子性的putIfAbsent
map.putIfAbsent("key2", 2);
// 原子性的replace
map.replace("key1", 1, 10);
// 并发遍历
map.forEach((k, v) -> System.out.println(k + ": " + v));

2、CopyOnWriteArrayList示例

CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
// 写操作会复制整个数组
list.add("item1");
// 读操作不加锁
String item = list.get(0);
// 迭代器是快照，不会抛出ConcurrentModificationException
for (String s : list) {
    list.add("newItem"); // 不会影响当前迭代
}

3、BlockingQueue示例

BlockingQueue<String> queue = new LinkedBlockingQueue<>(100);
// 生产者
queue.put("item"); // 队列满时阻塞
queue.offer("item", 5, TimeUnit.SECONDS); // 超时等待
// 消费者
String item = queue.take(); // 队列空时阻塞
String item2 = queue.poll(5, TimeUnit.SECONDS); // 超时等待

五、选择建议

1. 读多写少场景：使用CopyOnWriteArrayList或CopyOnWriteArraySet
2. 高并发键值对存储：使用ConcurrentHashMap
3. 需要有序遍历的并发Map：使用ConcurrentSkipListMap
4. 生产者-消费者模型：
   • 需要阻塞：使用BlockingQueue的各种实现
   • 不需要阻塞：使用ConcurrentLinkedQueue
5. 任务调度：使用DelayQueue或PriorityBlockingQueue

六、分布式集合

分布式环境下要使用集合，可以考虑Redisson (opens new window)。
我在Java集合文章中有所介绍，请移步查看。

七、总结

工欲善其事，必先利其器。新时代的Java并发容器能较好且安全地解决多线程并发问题，需要好好地掌握它！

祝你变得更强！