前言
我们在JUC的开篇讲过，juc包主要包含以下部分：线程池 并发集合 同步器 原子变量 锁 并发工具类
那么本次我们就来讲一讲并发集合，这其实也是个面试常见问题，比如你可能会被问到：
- 说出几个你知道的并发集合，它们都是在什么包下面？
- 并发集合是绝对线程安全的吗？并发场景有没有可能出现问题？
- 并发集合是利用了什么来保证线程安全的？
- 你了解并发集合对并发场景做的优化吗？请举例说明
我们将在下文简要介绍并发集合，并回答上述问题
一、基础、同步、并发集合？
相信很多人最开始接触到的集合，就是类似HashMap、ArrayList这种基础集合；
后来在准备面试的时候，明白这些集合类型并不具备多线程安全的能力，又逐渐接触到了Vector、HashTable、ConcurrentHashMap等集合。但其实这些集合并不属于一类。像Vector、HashTable 以及Collection类下如 List synArrayList = Collections.synchronizedList(new ArrayList()) 生成的 SynchronizedList 等。
其原理都是利用了 同步关键字 synchronized，也就是以集合对象本身为锁，调用方法需要先获得锁，所以实际上一次只有一个线程能对集合进行操作，这种集合称为同步集合
基础集合和同步集合都是在 java.util.concurrent.* 包下的，而我们今天要讲的则是像 ConcurrentHashMap 一样，一种同样支持线程安全，但效率更高的集合类型——JUC包下的并发集合
二、常用并发集合
List/Set
CopyOnWriteArrayList : 线程安全的ArrayList
CopyOnWriteArraySet : 线程安全的HashSet
Map
ConcurrentHashMap: 线程安全的HashMap
ConcurrentSkipListMap 线程安全的TreeMap
Queue
ArrayBlockingQueue : 线程安全的有界的阻塞队列 (数组实现)
LinkedBlockingQueue 线程安全的阻塞队列 (l链表实现)
我们从这些类的命名上不难看出，这些类能够 线程安全且支持并发的原理，关键字就是
1.CopyOnWrite —— 写时复制技术
支持多线程读，在写操作时会复制一份数据来写，不影响其他线程读，但此时读的可能是旧数据
2.Concurrent —— 并发技术
使用更小粒度的锁，使其在线程安全的情况下能够支持更高的并发
3.Blocking——阻塞线程
只有队列用了此技术，因为队列只有头尾元素能变动，此时利用 ReentrantLock 锁以及Condition 条件队列 的功能来阻塞或唤醒线程，
三、CHM 如何支持并发
我们想要详细剖析CHM，首先就应该理解其与HashMap有什么不一样，正是这些不同点造就了其支持并发安全的能力，我们先看往里面插入值，差别代码如下：
1.对空key，空value的处理
CHM: if (key == null || value == null) throw new NullPointerException(); HM: 无
出现这样的原因是hashmap用于单线程，当一次get操作获取到null的时候，还能继续用contains辅助判断这个null代表的是值是value，还是该键值对值不存在。
而 ConcurrentHashMap 用于多线程，当一次 get 操作获取到 null 的时候，再使用 contains 辅助判断时，可能数据已经发生了改变，那么我们就无法确认第一次 get 到 null 值的实际含义，即产生了歧义
2.每个桶的首节点
代码如下（示例）：
CHM: else if ((fh = f.hash) == MOVED) tab = helpTransfer(tab, f); HM: 无
HashMap的桶里，首节点就是普通的节点。而ConcurrentHashMap在扩容时，会在桶的头节点前插入新的头节点，且指定他的hash值为MOVED = -1，代表该桶正在迁移数据。此时本线程会协助其迁移，协助后再在新的table里去寻找并赋值
3.对空桶赋值
CHM: 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 } HM: if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
在HashMap里，如果通过hash计算获得的位置是空桶，那就直接在该位置赋值一个新节点。而在CHM中，对该位置的占据会使用一个CAS操作
4.进入桶后的操作
CHM: synchronized (f) { XXXXX } HM: 无
CHM会使用 synchronized 锁住该桶的头节点，而hashmap则直接桶中找值
5.put后的数目统计
CHM: addCount(1L, binCount); HM: ++modCount;
hashmap直接对总数加1，而CHM则是执行一个方法，该方法会尝试在基数或计数数组里找个位置进行加1，目的是尽可能提高并发
总结来看：我们不难得出一个结论，ConcurrentHashMap的线程安全主要是因为，使用了synchronized关键字和CAS操作，而其在带锁的情况下效率高则是采用了锁细化的技术，比如不锁整个数组，只锁数组中某一个桶。又比如在插入数据后计数时，采用基数和计数数组等多个地方来寻找位置加一，大大降低了并发冲突的可能
四、并发集合的局限性
我们刚刚讲到了一些并发集合用到的技术点，说了并发集合线程安全。但是，我们必须知道，线程安全不是一个是非题，而是一个大的范围，总的来说，安全的范围从严谨到宽松依次为：
- 不可变：变量完全不可变，任何场景都不会有并发安全问题
- 绝对线程安全：允许多线程同时访问修改但保证数据安全
- 相对线程安全：该对象的单个操作是线程安全的，如ConcurrentHashMap
- 线程兼容：通过添加同步措施，可以保证在多线程环境中安全使用这些类的对象，如HashMap
- 线程对立：无法在多线程环境中并发使用代码
比如 final 修饰的变量就是”不可变“级别，比如常用的String对象，我们对其的使用不需担心任何线程安全的问题。
绝对线程安全的比如synchronized关键字修饰的部分，允许多线程访问和修改，但不会有线程安全问题
而我们前面提到的并发集合，则处于相对线程安全级别，这个级别的特征是，对该对象单独的操作是线程安全的，但对于特定顺序的连续调用，可能就会出现问题，所谓问题，其实就是结果不合预期或无法确定。
比如对于 ConcurrentHashMap，我们用100个线程，对某个值进行get()，获取后再加一，最后put()回去，我们不难想象，最后这个值的结果，很可能不是原值+100。而 CopyOnWriteArrayList 这种写时复制的集合，也存在延时问题，最终读到的数据难以确定
所以我们必须搞清楚，类似 ConcurrentHashMap 这种并发集合，仅仅是相对线程安全，如果是对其连续调用且伴随逻辑处理，还需要外部代码提供额外的线程安全保障，才能使其结果符合预期
五、总结 - 前言问题回答
1.说出几个你知道的并发集合，它们都是在什么包下面？
比如 CopyOnWriteArrayList、ConcurrentHashMap、ArrayBlockingQueue等都是并发集合，它们都在JUC(java.util.concurrent) —— java并发包下
2.并发集合是绝对线程安全的吗？并发场景有没有可能出现问题？
java中没有绝对的并发安全的集合，真正安全的只有final修饰的不可变量，如果是final修饰的对象，则需要保证该对象各属性被final修饰。其次则是使用锁和CAS等同步概念的单次操作也可以称为绝对安全，而并发集合虽然采用了上面的技术，但毕竟不是单次操作，在一些特定顺序下去调用方法，出来的结果也不可预料，比如用100个线程并发对ConcurrentHashMap某个值加1，最后可能达不到+100的效果，此时还需要在业务代码中额外添加并发控制的逻辑，因此，尽管并发集合单次的操作是安全的，但多个步骤就无法保证安全了
3.并发集合是利用了什么来保证线程安全的？
主要是利用了锁，包括 ReentrantLock和 synchronized 关键字，还有CAS原子操作，在对可能冲突的位置进行写前，会进行一次竞争来获取操作权
4.你了解并发集合对并发场景做的优化吗？请举例说明
比如读写并发的场景，有的集合用到了写时复制技术，将集合复制一份来化解冲突。而对于会发生写冲突的位置，则主要是将锁细化，把一个锁拆成可伸缩的多个锁，然后针对细化的锁，大量利用for循环 + CAS原语 来取代同步阻塞，减少内核用户态的切换开销
