- [要点](#要点)

- [源码](#源码)

- [示例](#示例)

- [要点](#要点-1)

- [源码](#源码-1)

- [示例](#示例-1)

* CopyOnWriteArrayList - 线程安全的 ArrayList

* CopyOnWriteArraySet - 线程安全的 Set，它内部包含了一个 CopyOnWriteArrayList，因此本质上是由 CopyOnWriteArrayList 实现的。

* ConcurrentSkipListSet - 相当于线程安全的 TreeSet。它是有序的 Set。它由 ConcurrentSkipListMap 实现。

* ConcurrentHashMap - 线程安全的 HashMap。采用分段锁实现高效并发。

* ConcurrentSkipListMap - 线程安全的有序 Map。使用跳表实现高效并发。

* ConcurrentLinkedQueue - 线程安全的无界队列。底层采用单链表。支持 FIFO。

* ConcurrentLinkedDeque - 线程安全的无界双端队列。底层采用双向链表。支持 FIFO 和 FILO。

* ArrayBlockingQueue - 数组实现的阻塞队列。

* LinkedBlockingQueue - 链表实现的阻塞队列。

* LinkedBlockingDeque - 双向链表实现的双端阻塞队列。

* 原理：JDK6 与 JDK7 中，ConcurrentHashMap 采用了分段锁机制。JDK8 中，摒弃了锁分段机制，改为利用 CAS 算法。

ConcurrentHashMap 类在 jdk1.7 中的设计，其基本结构如图所示：

<p align="center">

<img src="https://raw.githubusercontent.com/dunwu/javase-notes/master/images/concurrent/ConcurrentHashMap-jdk7.png">

</p>

每一个 segment 都是一个 HashEntry<K,V>[] table， table 中的每一个元素本质上都是一个 HashEntry 的单向队列。比如 table[3]为首节点，table[3]->next 为节点 1，之后为节点 2，依次类推。

public class ConcurrentHashMap<K, V> extends AbstractMap<K, V>

implements ConcurrentMap<K, V>, Serializable {

// 将整个hashmap分成几个小的map，每个segment都是一个锁；与hashtable相比，这么设计的目的是对于put, remove等操作，可以减少并发冲突，对

// 不属于同一个片段的节点可以并发操作，大大提高了性能

final Segment<K,V>[] segments;

// 本质上Segment类就是一个小的hashmap，里面table数组存储了各个节点的数据，继承了ReentrantLock, 可以作为互拆锁使用

static final class Segment<K,V> extends ReentrantLock implements Serializable {

transient volatile HashEntry<K,V>[] table;

transient int count;

}

// 基本节点，存储Key， Value值

static final class HashEntry<K,V> {

final int hash;

final K key;

volatile V value;

volatile HashEntry<K,V> next;

}

}

* jdk8 中主要做了 2 方面的改进

* 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。

* 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 hash 表来说，最核心的能力在于将 key hash 之后能均匀的分布在数组中。如果 hash 之后散列的很均匀，那么 table 数组中的每个队列长度主要为 0 或者 1。但实际情况并非总是如此理想，虽然 ConcurrentHashMap 类默认的加载因子为 0.75，但是在数据量过大或者运气不佳的情况下，还是会存在一些队列长度过长的情况，如果还是采用单向列表方式，那么查询某个节点的时间复杂度为 O(n)；因此，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。

final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {

if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();

int hash = spread(key.hashCode());

int binCount = 0;

for (Node<K,V>[] tab = table;;) {

Node<K,V> f; int n, i, fh;

// 如果table为空，初始化；否则，根据hash值计算得到数组索引i，如果tab[i]为空，直接新建节点Node即可。注：tab[i]实质为链表或者红黑树的首节点。

if (tab == null || (n = tab.length) == 0)

tab = initTable();

else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {

if (casTabAt(tab, i, null,

new Node<K,V>(hash, key, value, null)))

break; // no lock when adding to empty bin

}

// 如果tab[i]不为空并且hash值为MOVED，说明该链表正在进行transfer操作，返回扩容完成后的table。

else if ((fh = f.hash) == MOVED)

tab = helpTransfer(tab, f);

else {

V oldVal = null;

// 针对首个节点进行加锁操作，而不是segment，进一步减少线程冲突

synchronized (f) {

if (tabAt(tab, i) == f) {

if (fh >= 0) {

binCount = 1;

for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {

K ek;

// 如果在链表中找到值为key的节点e，直接设置e.val = value即可。

if (e.hash == hash &&

((ek = e.key) == key ||

(ek != null && key.equals(ek)))) {

oldVal = e.val;

if (!onlyIfAbsent)

e.val = value;

break;

}

// 如果没有找到值为key的节点，直接新建Node并加入链表即可。

Node<K,V> pred = e;

if ((e = e.next) == null) {

pred.next = new Node<K,V>(hash, key,

value, null);

break;

}

}

}

// 如果首节点为TreeBin类型，说明为红黑树结构，执行putTreeVal操作。

else if (f instanceof TreeBin) {

Node<K,V> p;

binCount = 2;

if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,

value)) != null) {

oldVal = p.val;

if (!onlyIfAbsent)

p.val = value;

}

}

}

}

if (binCount != 0) {

// 如果节点数>＝8，那么转换链表结构为红黑树结构。

if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)

treeifyBin(tab, i);

if (oldVal != null)

return oldVal;

break;

}

}

}

// 计数增加1，有可能触发transfer操作(扩容)。

addCount(1L, binCount);

return null;

}

public class ConcurrentHashMapDemo {

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

// HashMap 在并发迭代访问时会抛出 ConcurrentModificationException 异常

// Map<Integer, Character> map = new HashMap<>();

Map<Integer, Character> map = new ConcurrentHashMap<>();

Thread wthread = new Thread(() -> {

System.out.println("写操作线程开始执行");

for (int i = 0; i < 26; i++) {

map.put(i, (char) ('a' + i));

}

});

Thread rthread = new Thread(() -> {

System.out.println("读操作线程开始执行");

for (Integer key : map.keySet()) {

System.out.println(key + " - " + map.get(key));

}

});

wthread.start();

rthread.start();

Thread.sleep(1000);

}

}

* 原理：

* 在 CopyOnWriteAarrayList 中，读操作不同步，因为它们在内部数组的快照上工作，所以多个迭代器可以同时遍历而不会相互阻塞（1,2,4）。

* 所有的写操作都是同步的。他们在备份数组（3）的副本上工作。写操作完成后，后备阵列将被替换为复制的阵列，并释放锁定。支持数组变得易变，所以替换数组的调用是原子（5）。

* 写操作后创建的迭代器将能够看到修改的结构（6,7）。

* 写时复制集合返回的迭代器不会抛出 ConcurrentModificationException，因为它们在数组的快照上工作，并且无论后续的修改（2,4）如何，都会像迭代器创建时那样完全返回元素。

<p align="center">

<img src="https://raw.githubusercontent.com/dunwu/javase-notes/master/images/concurrent/CopyOnWriteArrayList.png">

</p>

* lock - 执行写时复制操作，需要使用可重入锁加锁

* array - 对象数组，用于存放元素

/** The lock protecting all mutators */

final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

/** The array, accessed only via getArray/setArray. */

private transient volatile Object[] array;

* 添加操作

* 添加的逻辑很简单，先将原容器 copy 一份，然后在新副本上执行写操作，之后再切换引用。当然此过程是要加锁的。

public boolean add(E e) {

//ReentrantLock加锁，保证线程安全

final ReentrantLock lock = this.lock;

lock.lock();

try {

Object[] elements = getArray();

int len = elements.length;

//拷贝原容器，长度为原容器长度加一

Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);

//在新副本上执行添加操作

newElements[len] = e;

//将原容器引用指向新副本

setArray(newElements);

return true;

} finally {

//解锁

lock.unlock();

}

}

* 删除操作

* 删除操作同理，将除要删除元素之外的其他元素拷贝到新副本中，然后切换引用，将原容器引用指向新副本。同属写操作，需要加锁。

public E remove(int index) {

//加锁

final ReentrantLock lock = this.lock;

lock.lock();

try {

Object[] elements = getArray();

int len = elements.length;

E oldValue = get(elements, index);

int numMoved = len - index - 1;

if (numMoved == 0)

//如果要删除的是列表末端数据，拷贝前len-1个数据到新副本上，再切换引用

setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));

else {

//否则，将除要删除元素之外的其他元素拷贝到新副本中，并切换引用

Object[] newElements = new Object[len - 1];

System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);

System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index,

numMoved);

setArray(newElements);

}

return oldValue;

} finally {

//解锁

lock.unlock();

}

}

* 读操作

* CopyOnWriteArrayList 的读操作是不用加锁的，性能很高。

public E get(int index) {

return get(getArray(), index);

}

private E get(Object[] a, int index) {

return (E) a[index];

}

public class CopyOnWriteArrayListDemo {

static class ReadTask implements Runnable {

List<String> list;

ReadTask(List<String> list) {

this.list = list;

}

public void run() {

for (String str : list) {

System.out.println(str);

}

}

}

static class WriteTask implements Runnable {

List<String> list;

int index;

WriteTask(List<String> list, int index) {

this.list = list;

this.index = index;

}

public void run() {

list.remove(index);

list.add(index, "write_" + index);

}

}

public void run() {

final int NUM = 10;

// ArrayList 在并发迭代访问时会抛出 ConcurrentModificationException 异常

// List<String> list = new ArrayList<>();

CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();

for (int i = 0; i < NUM; i++) {

list.add("main_" + i);

}

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(NUM);

for (int i = 0; i < NUM; i++) {

executorService.execute(new ReadTask(list));

executorService.execute(new WriteTask(list, i));

}

executorService.shutdown();

}

public static void main(String[] args) {

new CopyOnWriteArrayListDemo().run();

}

}

* https://blog.csdn.net/wangxiaotongfan/article/details/52074160

* https://my.oschina.net/hosee/blog/675884

* https://www.jianshu.com/p/c0642afe03e0

* https://www.jianshu.com/p/f6730d5784ad

* http://www.javarticles.com/2012/06/copyonwritearraylist.html

* https://www.cnblogs.com/xrq730/p/5020760.html

* https://www.cnblogs.com/leesf456/p/5547853.html

* http://www.cnblogs.com/chengxiao/p/6881974.html