Java并发包——线程安全的Collection相关类

摘要：本文主要学习了Java并发包下线程安全的Collection相关的类。

部分内容来自以下博客：

https://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3498483.html

https://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3498652.html

https://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3503458.html

https://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3498995.html

分类

参照之前在学习集合时候的分类，可以将JUC下有关Collection相关的类进行分类。

CopyOnWriteArrayList：实现了List接口，相当于线程安全的ArrayList。

CopyOnWriteArraySet：继承于AbstractSet类，相当于线程安全的HashSet。CopyOnWriteArraySet内部包含一个CopyOnWriteArrayList对象，它是通过CopyOnWriteArrayList实现的。

ConcurrentSkipListSet：继承于AbstractSet类，相当于线程安全的TreeSet。ConcurrentSkipListSet是通过ConcurrentSkipListMap实现的。

ArrayBlockingQueue：继承于AbstractQueue类，是数组实现的线程安全的有界的阻塞队列。

LinkedBlockingQueue：继承于AbstractQueue类，是单向链表实现的（指定大小）阻塞队列，该队列按FIFO（先进先出）排序元素。

LinkedBlockingDeque：继承于AbstractQueue类，是双向链表实现的（指定大小）双向并发阻塞队列，该阻塞队列同时支持FIFO和FILO两种操作方式。

ConcurrentLinkedQueue：继承于AbstractQueue类，是单向链表实现的无界队列，该队列按FIFO（先进先出）排序元素。

ConcurrentLinkedDeque：继承于AbstractQueue类，是双向链表实现的无界队列，该队列同时支持FIFO和FILO两种操作方式。

CopyOnWriteArrayList

说明

CopyOnWriteArrayList的内部有个“volatile数组”来保持数据。在“添加/修改/删除”数据时，都会新建一个数组，并将更新后的数据拷贝到新建的数组中，最后再将该数组赋值给“volatile数组”，这就是它叫做CopyOnWriteArrayList的原因。CopyOnWriteArrayList就是通过这种方式实现的动态数组，不过正由于它在“添加/修改/删除”数据时，都会新建数组，所以涉及到修改数据的操作，CopyOnWriteArrayList效率很低，但是单单只是进行遍历查找的话，效率比较高。

CopyOnWriteArrayList是通过“volatile数组”来保存数据的。一个线程读取volatile数组时，总能看到其它线程对该volatile变量最后的写入，就这样，通过volatile提供了“读取到的数据总是最新的”这个机制的
保证。

CopyOnWriteArrayList通过互斥锁来保护数据。在“添加/修改/删除”数据时，会先“获取互斥锁”，再修改完毕之后，先将数据更新到“volatile数组”中，然后再“释放互斥锁”，这样，就达到了保护数据的目的。

使用迭代器进行遍历的速度很快，并且不会与其他线程发生冲突。在构造迭代器时，迭代器依赖于不变的数组快照。迭代器支持hasNext()、next()等不可变操作，但不支持add()、remove()等可变操作。

构造方法：

public CopyOnWriteArrayList() {
    setArray(new Object[0]);
}

public CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn) {
    setArray(Arrays.copyOf(toCopyIn, toCopyIn.length, Object[].class));
}

public CopyOnWriteArrayList(Collection<? extends E> c) {
    Object[] elements;
    if (c.getClass() == CopyOnWriteArrayList.class)
        elements = ((CopyOnWriteArrayList<?>)c).getArray();
    else {
        elements = c.toArray();
        // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
        if (elements.getClass() != Object[].class)
            elements = Arrays.copyOf(elements, elements.length, Object[].class);
    }
    setArray(elements);
}

获取和设置array的方法

array是被volatile和transient修饰的一个数组。

关于volatile关键字，我们知道“volatile能让变量变得可见”，即对一个volatile变量的读，总是能看到（任意线程）对这个volatile变量最后的写入。正在由于这种特性，每次更新了“volatile数组”之后，其它线程都能看到对它所做的更新。

关于transient关键字，它是在序列化中才起作用，transient变量不会被自动序列化。

private transient volatile Object[] array;

final Object[] getArray() {
    return array;
}

final void setArray(Object[] a) {
    array = a;
}

添加元素

因为array数组是volatile修饰的，不能保证线程安全，所以在添加元素时使用锁来保证线程安全。

又因为array数组是volatile修饰的，所以在调用了setArray()方法后，能保证其它线程都能看到新添加的元素。

public void add(int index, E element) {
    // 使用锁来保证线程安全。
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();
    try {
        // 获得array指向的引用地址。
        Object[] elements = getArray();
        int len = elements.length;
        // 如果指定位置越界，则抛出异常。
        if (index > len || index < 0)
            throw new IndexOutOfBoundsException("