并发编程—并发容器&工具篇🔥
Juc 有哪些并发容器？实际业务开发经常使用哪些？
Java 的并发包 java.util.concurrent（JUC）提供了一些线程安全的并发容器，主要包括以下几种：
- ConcurrentHashMap：这是一个线程安全的HashMap，它通过分段锁技术来实现高效的并发操作。
- CopyOnWriteArrayList 和 CopyOnWriteArraySet：这两个类是线程安全的List和Set实现。它们在每次修改操作（如add或remove）时，都会复制一份新的数据结构，然后在新的数据结构上进行修改，最后再将引用指向新的数据结构。这样可以在避免锁的同时，提供较好的并发性能。但是由于每次修改都需要复制整个数据结构，所以它们更适合读多写少的场景。
- ConcurrentLinkedQueue 和 ConcurrentLinkedDeque: 这两个类是线程安全的Queue和Deque实现。它们使用了一种无锁的链表结构（基于CAS操作），可以提供较好的并发性能。
- BlockingQueue接口和它的实现类，如ArrayBlockingQueue, LinkedBlockingQueue, PriorityBlockingQueue, SynchronousQueue等。这些是线程安全的队列，提供了阻塞操作，可以用于生产者-消费者模式。
- BlockingDeque接口和它的实现类LinkedBlockingDeque。这是一个双端的阻塞队列。
- ConcurrentSkipListMap 和 ConcurrentSkipListSet: 这两个类是线程安全的SortedMap和SortedSet实现。它们使用了跳表（Skip List）数据结构，可以提供较好的并发性能。
结合具体业务场景讲讲每种容器的使用？
在实际业务开发中，我们经常会使用到以下几种并发容器：
- ConcurrentHashMap：这是一个线程安全的HashMap，常用于缓存数据，比如在社交应用中，我们可能需要缓存用户的信息，以便快速获取。当有多个线程同时读写用户信息时，ConcurrentHashMap可以确保数据的一致性。
- CopyOnWriteArrayList：这是一个线程安全的List，适用于读多写少的场景。比如在直播应用中，我们可能需要维护一个在线用户列表，当有新用户加入或者用户离开时，需要更新这个列表。由于用户的加入和离开相对于读取操作来说较少，所以可以使用CopyOnWriteArrayList。
- BlockingQueue：这是一个线程安全的队列，提供了阻塞操作，常用于生产者-消费者模式。比如在游戏应用中，我们可能需要处理玩家的操作请求，可以使用BlockingQueue来存储这些请求，然后由后台线程处理。
- ConcurrentLinkedQueue：这是一个线程安全的Queue，适用于高并发场景。比如在购物应用中，我们可能需要处理大量的订单请求，可以使用ConcurrentLinkedQueue来存储这些请求，然后由后台线程处理。
- ConcurrentSkipListMap：这是一个线程安全的SortedMap，适用于需要排序的场景。比如在社交应用中，我们可能需要按照时间顺序显示用户的动态，可以使用ConcurrentSkipListMap来存储这些动态。
以上就是在实际业务开发中常用的几种并发容器，它们可以有效地处理多线程并发问题，提高应用的性能和稳定性
ArrayList 和 Vector有什么不同之处？
ArrayList和Vector都是Java中的线性表数据结构，它们都是基于动态数组实现的，但是在并发处理和性能上有一些不同：
- 线程安全性：Vector是线程安全的，它的大部分方法都是同步的，可以在多线程环境下使用。而ArrayList是非线程安全的，如果在多线程环境下使用，可能会出现数据不一致的问题。
- 性能：由于Vector的方法是同步的，所以在单线程环境下，它的性能会比ArrayList差一些。如果不需要处理多线程并发问题，通常推荐使用ArrayList。
- 扩容：当数组满时，ArrayList和Vector都会进行扩容。ArrayList默认的扩容策略是增长到原来的1.5倍，而Vector默认的扩容策略是增长到原来的2倍。这意味着Vector的扩容操作可能会更消耗内存。
- 枚举方法：Vector类有一个elements()方法，返回一个Enumeration对象。这是一个历史遗留的方法，现在已经不推荐使用。ArrayList没有这个方法，它提供了一个iterator()方法，返回一个Iterator对象。
总的来说，ArrayList和Vector的主要区别在于线程安全性和性能。在不需要处理多线程并发问题的情况下，通常推荐使用ArrayList。如果需要处理多线程并发问题，可以考虑使用Vector，或者使用并发包中的线程安全容器，如CopyOnWriteArrayList或ConcurrentHashMap。
为什么HashTable是线程安全的？
HashTable是线程安全的，主要是因为它的关键方法（如get、put、remove等）都被synchronized关键字修饰。这意味着在多线程环境下，HashTable的操作是串行化的，同一时刻只有一个线程能够访问。
优点：
- 线程安全：在多线程环境下，HashTable可以保证数据的一致性，不会出现并发问题。
- 键值对：HashTable存储的是键值对，这使得数据的检索非常快速。
- 不允许空键和空值：HashTable不允许空键和空值，这在某些情况下可以避免空指针异常。
缺点：
- 性能：由于HashTable的方法是同步的，所以在高并发环境下，性能可能会受到影响。
- 过时：HashTable类在Java 1.2版本后被HashMap取代，HashMap提供了更好的性能，并且允许空键和空值。
- 扩容耗时：当HashTable需要扩容时，会新建一个大约是原来两倍大小的数组，并将原数组的所有元素复制到新数组中，这个过程可能会很耗时。
- 内存占用：由于HashTable的扩容策略，如果数据量不大但是刚好超过了当前容量，那么HashTable可能会占用比实际需要更多的内存。
总的来说，HashTable的线程安全性是以牺牲性能为代价的。在现代的Java应用中，我们通常会使用更高效的并发容器，如ConcurrentHashMap，它通过分段锁技术实现了更高的并发性能。
多线程场景我们选用什么List？
当然可以，以下是在多线程环境下，我们可以选择的List：
- Vector：这是一个传统的线程安全的List，所有的公共方法都是同步的，可以在多线程环境下安全使用。但是，由于同一时间只能有一个线程访问，所以在高并发环境下性能较低。
- CopyOnWriteArrayList：这是一个线程安全的List，适用于读多写少的场景。它的原理是，每次写操作都会复制一份新的List，读操作则直接访问原List。由于读操作不需要加锁，所以在读多写少的场景下性能较高。
- Collections.synchronizedList：这是一个将普通List转换为线程安全List的方法。它返回的List的所有公共方法都是同步的，可以在多线程环境下安全使用。但是，由于同一时间只能有一个线程访问，所以在高并发环境下性能较低。
- ConcurrentLinkedQueue：虽然这不是一个List，但是它是一个线程安全的队列，可以在多线程环境下安全使用。它的性能通常比Vector和synchronizedList要高。
以上就是在多线程环境下，我们可以选择的List。需要注意的是，选择哪种List取决于你的具体需求，包括读写比例、是否需要随机访问等因素。
用过ConcurrentHashMap，讲一下他和HashTable的不同之处？
ConcurrentHashMap和HashTable都是线程安全的哈希表，但它们在实现方式和性能上有一些不同。
- 锁的粒度：
- HashTable：使用一个全局锁，无论是读操作还是写操作，都需要获取这个全局锁，这意味着在同一时刻只有一个线程能访问HashTable，所以并发性能较低。
- ConcurrentHashMap：使用分段锁，整个哈希表被分为多个段（Segment），每个段都有自己的锁，这样就允许多个线程同时访问哈希表，只要它们访问的是不同的段。因此，ConcurrentHashMap的并发性能较高。
- 性能：
- HashTable：由于使用全局锁，所以在高并发环境下性能较低。
- ConcurrentHashMap：由于使用分段锁，所以在高并发环境下性能较高。
- Null键和Null值：
- HashTable：允许存储null键和null值。
- ConcurrentHashMap：不允许存储null键和null值，如果尝试存储null键或null值，ConcurrentHashMap会抛出NullPointerException。
- 遍历操作：
- HashTable：遍历操作不是线程安全的，需要手动同步。
- ConcurrentHashMap：提供了线程安全的弱一致性遍历操作。
总的来说，虽然HashTable和ConcurrentHashMap都是线程安全的哈希表，但是ConcurrentHashMap在实现方式和性能上都优于HashTable。如果你的应用需要大量的并发读写操作，那么应该优先考虑使用ConcurrentHashMap。
如果你要去对一个map去维护线程安全，除了用synchronized，有其他更好的方式吗？
Java提供了多种线程安全的Map，除了使用synchronized关键字外，还有以下几种方式：
- ConcurrentHashMap：如前面所述，ConcurrentHashMap使用分段锁技术，允许多个线程并发读/写，提供了较高的并发性能。
- Collections.synchronizedMap：这是一种简单的线程安全Map实现，它会对所有的公共方法添加synchronized关键字，确保每次只有一个线程可以访问Map。但是它的并发性能不如ConcurrentHashMap。
- Hashtable：这是一个古老的线程安全Map实现，和Collections.synchronizedMap类似，也是使用synchronized关键字来实现线程安全。但是它不支持null键和null值。
- 使用读写锁（ReentrantReadWriteLock）：读写锁允许多个读线程并发访问，但是在写线程访问时，所有的读线程和其他写线程都会被阻塞。读写锁适用于读多写少的场景。
ConcurrentHashMap如何保证线程安全？底层实现原理？
SynchronizedMap 和 ConcurrentHashMap 有什么区别？
SynchronizedMap和ConcurrentHashMap都是用于多线程环境下的Map实现，它们都能保证线程安全，但是在实现方式和性能上有一些区别。
- 实现方式：
- SynchronizedMap：是通过Collections.synchronizedMap()方法返回的包装类，它将传入的Map包装成一个线程安全的Map。所有的方法都通过synchronized关键字来保证线程安全，这意味着在同一时刻只有一个线程能访问Map。
- ConcurrentHashMap：是Java并发包中的一个类，它使用了一种叫做分段锁的技术。在ConcurrentHashMap中，整个Map被分为一定数量的段（Segment），每个段都有自己的锁，这样就允许多个线程同时访问Map，只要它们访问的是不同的段。
- 性能：
- SynchronizedMap：由于在同一时刻只有一个线程能访问，所以在高并发环境下性能较低。
- ConcurrentHashMap：由于使用了分段锁，允许多个线程同时访问，因此在高并发环境下性能较高。
- 功能：
- SynchronizedMap：基本功能和普通的Map没有区别。
- ConcurrentHashMap：除了基本的Map功能外，还提供了一些并发编程中常用的方法，如putIfAbsent()、remove()等。
总的来说，SynchronizedMap和ConcurrentHashMap都可以用于多线程环境，但是在高并发环境下，ConcurrentHashMap的性能更优。如果你的应用需要大量的并发读写操作，那么应该优先考虑使用ConcurrentHashMap。
CopyOnWriteArrayList 是什么？底层实现原理？结合实际业务场景讲讲？
CopyOnWriteArrayList是Java并发包java.util.concurrent中的一个类，它是ArrayList的线程安全版本。其基本思想就是当我们进行修改操作（add、set等）时，不直接在当前容器上进行修改，而是先将当前容器进行一份拷贝，然后在新的容器上进行修改，修改完成之后再将原容器的引用指向新的容器。这样做的好处是我们可以对CopyOnWriteArrayList进行并发的读，而不需要加锁，因为当前容器不会添加任何元素。
底层实现原理：
- 数据存储：CopyOnWriteArrayList内部以一个volatile修饰的数组保存所有数据，保证了数据的内存可见性。
- 写操作：每次写操作都会先将当前数组进行复制，然后在新的数组上进行修改，修改完成后再将原数组的引用指向新的数组。这个过程通过ReentrantLock来保证线程安全。
- 读操作：读操作完全不需要加锁，因为写操作不会影响原数组，所以可以直接读取。
结合实际业务场景：
- 适用场景：CopyOnWriteArrayList适用于读多写少的并发场景。例如，一个在线聊天室的用户列表，用户列表的读取操作（显示在线用户）明显多于写入操作（用户登录、退出）。
- 不适用场景：如果业务场景是写操作非常多，那么CopyOnWriteArrayList的性能就会大打折扣，因为每次写操作都需要复制数组。例如，一个高并发的股票交易系统，用户的买卖操作明显多于读取操作，这时使用CopyOnWriteArrayList就不合适。
总的来说，CopyOnWriteArrayList是一种读写分离思想的体现，适用于读多写少的并发场景。但是由于写操作的开销较大，所以不适用于写操作较多的场景。