高级并发编程系列十四（并发集合基础）

1.考考你

天气转冷了，但是我们分享的热情不变，它冷它的，我们分享我们的。今天这一篇，在高级并发编程这个系列中，我们准备进入并发集合这个小节了。说到并发集合，结合你的经历，你能先想一想，应该包含哪些内容吗？或者说你期望知道哪些内容呢？

让我们一起来捋一捋吧：

集合基础应该要有，不过集合基础相信你大概都知道
ConcurrentHashMap，面试经常被问到，没有怎么能行
BlockingQueue，阻塞队列用得也很多，没有也不行
CopyOnWriteArrayList，用得不算多，但是写时复制的思想挺好，可以有

#考考你：
1.你在你的项目中，有直接用到并发集合的案例场景吗
2.如果有，你会如何考虑选择使用哪一个并发集合呢

2.案例

2.1.段子手的自白

如果你是刚入行不久的java程序员，你对java集合框架一定很熟悉，应该还特意把它背下来过，因为教你的人告诉你：集合框架很重要。不光这样，一定还告诉过你：这个东西面试的时候还有意无意的被经常问到。于是你会特别重视

如果你是一个工作了几年，就写了几年CRUD操作的业务开发工程师。平时不留意不怎么关心技术，那么不用说，你很有可能除了ArrayList、HashMap以外，其它都没什么印象了，有没有。

直到你对你现有的老板有了成见，然后想要换坑位的时候，你才会在网络上搜一搜：ArrayList与Vector的区别；HashMap与Hashtable的区别......并统统背下来，然后出发，然后被打击。

因为你会发现人现在的面试官都不这么问了，你背的都是5年前，甚至更早的面试套路。那么现在都怎么问了呢？一上来就是：

你能说一说ArrayList的底层设计思想吗（话外音：用了什么数据结构，有什么优缺点）
你能说一说HashMap的底层设计思想吗（话外音：用了什么数据结构，如何解决hash碰撞）
你能聊一聊ConcurrentHashMap的实现原理吗，在jdk8以后，与jdk8以前有什么区别吗
......

然后你稍微想了想，好像没注意过，平常业务开发的时候也不需要关注这些啊，写的代码也没出过什么大问题。然后你会发现：这个面试官不行，不按套路出牌，不接地气，尽问些没用的

再然后过了挺久，都没有收到中意的offer，你突然觉得：以上这些东西，好像还真的挺有用......

2.2.java集合框架体系

我们通过两个类图，来展示java集合框架中Collection、与Map体系。关于类图我希望你要会看，这是一条一个初级工程师，通往高级工程师，以致架构师的必经之路。请看图：

2.2.1.Collection体系

2.2.2.Map体系

2.3.并发集合前世今生

2.3.1.并发集合第一代

第一代集合的代表，我们熟悉的有：ArrayList、HashMap、Vector、Hashtable。其中ArrayList与HashMap是线程不安全的，Vector与Hashtable是线程安全的。ArrayList与Vector相对应，HashMap与Hashtable相对应。

2.3.1.1.ArrayList与Vector

那么你知道ArrayList底层实现原理，以及Vector是如何实现线程安全的吗？关于ArrayList你应该是比较熟悉的，它的底层实现原理并不复杂。我们可以从这么几个角度来理解：

ArrayList是一个动态数组，它其实是一个数组（数组是基于线性表的数据结构），数组我们很熟悉对吧
数组有什么特点呢？数组是连续的，支持按照下标快速随机访问，时间复杂度是O(1)
数组因为要保持连续的特性，对更新不友好（增删），增加或者删除后，需要移动元素，时间复杂度是O(n)
那么ArrayList它其实就是一个支持动态扩容的数组，它的特性与数组保持一致
顺便问一句：你知道ArrayList每次扩容的大小吗？我建议你翻一下源码求证一下

知道了ArrayList的底层实现原理，我们也就知道了Vector的底层实现原理，原因是ArrayList与Vector是同类。它们唯一的区别是：ArrayList线程不安全，Vector线程安全。这样一来问题就简单了，我们只需要搞清楚Vector是如何实现线程安全即可。我把平常开发中，你熟悉的方法：add、get、size、iterator。截图放在一起，你一看就明白了：

从截图我们看到，Vector实现线程安全的方式，即是通过我们熟悉的同步关键字：synchronized来保障线程安全。这样有什么问题呢，主要问题在于synchronized是悲观锁，且加锁范围太大（直接在方法上加锁），安全是安全了，但是并发性能不高。也因此，我们称它是第一代并发集合。

2.3.1.2.HashMap与Hashtable

我们再来看HashMap与Hashtable。首先我们知道HashMap应用在key/value键值对的场景下。它的底层实现原理又是什么呢？它又是如何解决hash冲突的呢？

我们先来看hash的底层实现原理，HashMap底层其实是一个散列表，散列表的背后是数组。因此使用HashMap它的查找性能是很高的，时间复杂度O(1)。关于HashMap更详细的底层原理，我推荐你看我的另一个分享系列的文章：数据结构与算法系列二十（初识散列表）。里面有系统性的详细介绍，这里限于篇幅我就不重复介绍了。

我们重点来关注一下，Hashtable是如何实现线程安全的。我还是截个图，你与上面的Vector对比一看就知道了：

2.3.2.并发集合第二代

我们知道第一代并发集合的代表：Vector、Hashtable。它们是通过结合synchronized关键字实现线程安全，特点是并发性能不高。

那么并发集合第二代又是什么呢？我需要先跟你声明一下，并发集合第二代与第一代，本质并无区别，我只是想跟你分享一个工具类：Collections。

在你的项目中，你可能见过这样的代码：

// 线程不安全的ArrayList
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("zhangsan");
list.add("lisi");

// 包装成线程安全的：syncList
List<String> syncList =  Collections.synchronizedList(list);

上面的代码，我们把一个线程不安全的List，通过Collections工具类，包装得到了一个线程安全的List，后续对syncList的操作都是线程安全的，是不是有点意外？

那么问题来了，它是如何实现的呢？我们还是通过截图看一下究竟：

通过截图，你已经知道了通过Collections工具类，可以把线程不安全的集合，包装成线程安全的集合，并且它的本质不变，还是通过我们熟悉的synchronized关键字。

那么你可能会有疑问了，既然如此，该工具类是不是有点多余？是的，如果你是一个勤奋的程序员，它显得特别多余；但是如果你不那么勤奋，它就很有用处了，这也是我们在项目中为什么要封装工具类的价值所在，对吧

2.3.3.并发集合第三代

并发集合第三代的内容，涉及到ConcurrentHashMap、BlockingQueue、CopyOnWriteArrayList等相关的内容。这一篇的内容有点多了，我们放在后续一步一步来分享吧（话外音：且听下回分解）

来源：oschina

链接：https://my.oschina.net/u/4450329/blog/4776033

标签

面试

java

JDK