一、并发容器
1.ConcurrentHashMap
为什么要使用ConcurrentHashMap
在多线程环境下，使用HashMap进行put操作会引起死循环，导致CPU利用率接近100%，HashMap在并发执行put操作时会引起死循环，是因为多线程会导致HashMap的Entry链表
形成环形数据结构，一旦形成环形数据结构，Entry的next节点永远不为空，就会产生死循环获取Entry。
HashTable容器使用synchronized来保证线程安全，但在线程竞争激烈的情况下HashTable的效率非常低下。因为当一个线程访问HashTable的同步方法，其他线程也访问HashTable的同步方法时，会进入阻塞或轮询状态。如线程1使用put进行元素添加，线程2不但不能使用put方法添加元素，也不能使用get方法来获取元素，所以竞争越激烈效率越低。
ConcurrentHashMap的一些有用的方法
很多时候我们希望在元素不存在时插入元素，我们一般会像下面那样写代码
synchronized(map){
if (map.get(key) == null){
return map.put(key, value);
} else{
return map.get(key);
}
}
putIfAbsent(key,value)方法原子性的实现了同样的功能
V putIfAbsent(K key, V value)
如果key对应的value不存在，则put进去，返回null。否则不put，返回已存在的value。
boolean remove(Object key, Object value)
如果key对应的值是value，则移除K-V，返回true。否则不移除，返回false。
boolean replace(K key, V oldValue, V newValue)
如果key对应的当前值是oldValue，则替换为newValue，返回true。否则不替换，返回false。
Hash的解释
散列，任意长度的输入，通过一种算法，变换成固定长度的输出。属于压缩的映射。
hash算法示例图演示：
类似于HaspMap的实现就是使用散列，比如把1000个元素放到长度为10的hashmap里面去，放入之前会把这1000个数经过hash算法映射到10个数组里面去，这时候就会存在相同的映射值在一个数组的相同位置，就会产生hash碰撞，此时hashmap就会在产生碰撞的数组的后面使用Entry链表来存储相同映射的值，然后使用equals方法来判断同一个链表存储的值是否一样来获取值，链表就是hashmap用来解决碰撞的方法，所以我们一般在写一个类的时候要写自己的hashcode方法和equals方法，如果键的hashcode相同，再使用键的equals方法判断键内容是不是一样的，一样的就获取值
Md5，Sha，取余都是散列算法，ConcurrentHashMap中是wang/jenkins算法
ConcurrentHashMap在1.7下的实现
分段锁的设计思想。
分段锁的思想示例图：
说明：
a)传统的hashtable是很小空间的数组整段锁住，这样性能比较低
b)ConcurrentHashMap是在很小空间数组的前面再加一个数组，映射的时候先映射到前面的数组，然后再映射到后面的很小空间的数组；读取的时候只需要把前面的数组锁住就可以了。这就是分段锁的思想
ConcurrentHashMap是由Segment数组结构和HashEntry数组结构组成。Segment实际是一种可重入锁（ReentrantLock），也就是用于分段的锁。HashEntry则用于存储键值对数据。一个ConcurrentHashMap里包含一个Segment数组。Segment的结构和HashMap类似，是一种数组和链表结构。一个Segment里包含一个HashEntry数组，每个HashEntry是一个链表结构的元素，每个Segment守护着一个HashEntry数组里的元素，当对HashEntry数组的数据进行修改时，必须首先获得与它对应的Segment锁。
说明：上图存在两次散列的过程：比如插入一个1000的数，首先是把1000的位数(最多是高16位)做一次散列找到在segments数组中的位置，然后再把1000本身做一次散列找到在table中的位置
获取值时一样
ConcurrentHashMap初始化方法是通过initialCapacity、loadFactor和concurrencyLevel(参数concurrencyLevel是用户估计的并发级别，就是说你觉得最多有多少线程共同修改这个map，根据这个来确定Segment数组的大小concurrencyLevel默认是DEFAULT_CONCURRENCY_LEVEL = 16;)。
ConcurrentHashMap完全允许多个读操作并发进行，读操作并不需要加锁。ConcurrentHashMap实现技术是保证HashEntry几乎是不可变的。HashEntry代表每个hash链中的一个节点，可以看到其中的对象属性要么是final的，要么是volatile的。
总结：ConcurrentHashMap在1.7及以下的实现使用数组+链表的方式，采用了分段锁的思想
ConcurrentHashMap在1.8下的实现
改进一：取消segments字段,直接采用transient volatile HashEntry<K,V>[] table保存数据，采用table数组元素作为锁，从而实现了对每一行数据进行加锁，进一步减少并发冲突的概率。
改进二：将原先table数组＋单向链表的数据结构，变更为table数组＋单向链表＋红黑树的结构。对于个数超过8(默认值)的列表，jdk1.8中采用了红黑树的结构，那么查询的时间复杂度可以降低到O(logN)，可以改进性能。
总结：ConcurrentHashMap在1.8下的实现使用数组+链表+红黑树的方式，当链表个数超过8的时候就把原来的链表转成红黑树，使用红黑树来存取，采用了元素锁的思想
2. ConcurrentSkipListMap 和ConcurrentSkipListSet
ConcurrentSkipListMap TreeMap的并发实现
ConcurrentSkipListSet TreeSet的并发实现
了解什么是SkipList？
二分查找和AVL树查找
二分查找要求元素可以随机访问，所以决定了需要把元素存储在连续内存。这样查找确实很快，但是插入和删除元素的时候，为了保证元素的有序性，就需要大量的移动元素了。
如果需要的是一个能够进行二分查找，又能快速添加和删除元素的数据结构，首先就是二叉查找树，二叉查找树在最坏情况下可能变成一个链表。
于是，就出现了平衡二叉树，根据平衡算法的不同有AVL树，B-Tree，B+Tree，红黑树等，但是AVL树实现起来比较复杂，平衡操作较难理解，这时候就可以用SkipList跳跃表结构。
传统意义的单链表是一个线性结构，向有序的链表中插入一个节点需要O(n)的时间，查找操作需要O(n)的时间。
如果我们使用上图所示的跳跃表，就可以减少查找所需时间为O(n/2)，因为我们可以先通过每个节点的最上面的指针先进行查找，这样子就能跳过一半的节点。
比如我们想查找19，首先和6比较，大于6之后，在和9进行比较，然后在和12进行比较......最后比较到21的时候，发现21大于19，说明查找的点在17和21之间，从这个过程中，我们可以看出，查找的时候跳过了3、7、12等点，因此查找的复杂度为O(n/2)。
跳跃表其实也是一种通过“空间来换取时间”的一个算法，通过在每个节点中增加了向前的指针，从而提升查找的效率。
跳跃表又被称为概率，或者说是随机化的数据结构，目前开源软件 Redis 和 lucence都有用到它。
3. ConcurrentLinkedQueue 无界非阻塞队列
ConcurrentLinkedQueue LinkedList 并发版本
Add,offer：添加元素
Peek()：get头元素并不把元素拿走
poll()：get头元素把元素拿走
4. CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet
写的时候进行复制，可以进行并发的读。
适用读多写少的场景：比如白名单，黑名单，商品类目的访问和更新场景，假如我们有一个搜索网站，用户在这个网站的搜索框中，输入关键字搜索内容，但是某些关键字不允许被搜索。这些不能被搜索的关键字会被放在一个黑名单当中，黑名单每天晚上更新一次。当用户搜索时，会检查当前关键字在不在黑名单当中，如果在，则提示不能搜索。
弱点：内存占用高，数据一致性弱
总结：写的时候重新复制一份数据，然后在复制的数据里面写入数据，写完以后再把原来的数据的引用执行复制的数据，所以存在数据的弱一致性，适用于读多写少的场景
原文地址：https://www.cnblogs.com/leeSmall/p/8439263.html