1. 什么是并发容器

并发容器是一种用于多线程环境的数据结构，它们能够有效地处理并发访问和修改的问题。在多线程应用程序中，多个线程可能会同时访问和修改共享的数据结构，这可能会导致数据不一致、竞态条件和其他并发问题。并发容器通过实现特定的算法和机制来确保线程安全性，从而有效地管理共享数据结构的并发访问。

2. 并发容器的分类

1.ConcurrentHashMap

优点：

• 高并发性能：采用分段锁（JDK6）或 CAS 无锁算法（JDK8），提供了高效的并发读写操作。
• 线程安全：可以安全地被多个线程同时访问，而无需额外的同步措施。
• 支持复合操作：提供了一些原子性的复合操作，如 putIfAbsent(), remove(), replace() 等。

缺点：

• 初始容量影响性能：初始容量设置不合理可能导致性能问题，需要根据实际场景进行调优。
• 内存消耗较大：由于维护了多个 Segment 或节点，可能会占用较多的内存空间。

实现方法：

• JDK6 使用分段锁：将整个数据集分成多个 Segment，每个 Segment 作为一个小的 Hash 表，提高并发度。
• JDK8 使用 CAS 无锁算法：通过 CAS 操作和 volatile 关键字来保证线程安全。

ConcurrentHashMap<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();
map.put("key", "value");

2.CopyOnWriteArrayList

优点：

• 适用于读多写少的场景：读操作不加锁，性能高；写操作通过复制整个数组来保证线程安全。
• 线程安全：可以安全地被多个线程同时访问，而无需额外的同步措施。
• 迭代安全：在迭代过程中支持并发修改。

缺点：

• 写操作代价高昂：每次写操作都需要复制整个数组，可能会消耗大量内存和 CPU 时间。
• 不适用于频繁写操作的场景：频繁写操作可能导致性能下降。

实现方法：

• 写操作时复制数组：写操作先复制一份新的数组，在新数组上进行修改，然后再将新数组赋值给旧的引用。

CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
list.add("value");

3.ConcurrentSkipListMap

优点：

• 高并发性能：基于跳表实现，支持高并发读写操作，具有较高的性能。
• 线程安全：可以安全地被多个线程同时访问，而无需额外的同步措施。
• 按 Key 排序：支持按 Key 排序，适用于需要按照顺序访问元素的场景。

缺点：

• 内存占用较大：维护跳表结构可能会占用较多的内存空间。
• 部分操作较慢：部分操作的性能可能不如哈希表实现的 Map。

实现方法：

• 基于跳表结构实现：跳表是一种有序链表的数据结构，通过多级索引提高查找效率。

ConcurrentSkipListMap<String, String> map = new ConcurrentSkipListMap<>();
map.put("key", "value");

4. ConcurrentLinkedQueue

优点：

• 高并发性能：基于链表实现，支持高效的并发插入和获取操作。
• 无锁设计：采用无锁设计，避免了线程阻塞和竞争。

缺点：

• 不支持随机访问：无法通过索引进行随机访问，只能从头部或尾部进行操作。

实现方法：

• 基于链表实现：通过 CAS 操作保证并发访问的线程安全。

ConcurrentLinkedQueue<String> queue = new ConcurrentLinkedQueue<>();
queue.offer("value");

5. LinkedBlockingQueue

优点：

• 高并发性能：基于链表实现，支持高效的并发插入和获取操作。
• 阻塞操作：支持阻塞的插入和获取操作，适用于生产者-消费者模型。

缺点：

• 固定容量：ArrayBlockingQueue 的容量固定，无法动态扩容。
• 对于 LinkedBlockingQueue 虽然容量可以动态调整，但也存在一定的性能开销。

实现方法：

• 基于链表或数组实现：使用 ReentrantLock 和 Condition 实现阻塞操作。

BlockingQueue<String> queue = new LinkedBlockingQueue<>();
queue.put("value");

6. ArrayBlockingQueue

优点：

• 高并发性能：基于数组实现，支持高效的并发插入和获取操作。
• 固定容量：容量固定，避免了动态扩容带来的性能开销。

缺点：

• 固定容量：无法动态扩容，一旦满了无法插入新元素。
• 阻塞操作：支持阻塞的插入和获取操作，但可能引发线程阻塞。

实现方法：

• 基于数组实现：使用 ReentrantLock 和 Condition 实现阻塞操作。

ArrayBlockingQueue<String> queue = new ArrayBlockingQueue<>(10);
queue.put("value");

7.PriorityBlockingQueue

优点：

• 高并发性能：支持高效的并发插入和获取操作，适用于需要按照优先级访问元素的场景。

缺点：

• 容量受限：虽然容量可以动态调整，但也存在一定的性能开销。

实现方法：

• 基于二叉堆实现：通过 ReentrantLock 和 Condition 实现线程安全操作。

PriorityBlockingQueue<String> queue = new PriorityBlockingQueue<>();
queue.put("value");