前不久，我的朋友小王打算跳槽，于是我俩约了个周末，讨论一下社招面试的重点问题。
“小米，我最近面试了好几家公司，发现‘并发容器’几乎是必考问题！”小王一脸苦恼，“你能不能给我讲讲并发容器的实现，还有同步集合和并发集合的区别？”
“这可是个经典问题，咱们从头聊起。”小米喝了一口咖啡，拉开了话匣子。
传统集合的线程安全问题“在多线程环境下，你能想到最经典的线程安全问题是什么？”小米问道。
小王想了想，说：“比如 ArrayList 在多线程环境下是不安全的，如果多个线程同时修改它，可能会导致 ConcurrentModificationException。”
“没错！”小米点头，“Java 早期的集合类如 ArrayList、HashMap、LinkedList 等都是非线程安全的，多个线程同时读写会发生数据竞争和不可预期的错误。”
线程安全的早期解决方案：同步容器“Java 为了解决这个问题，在 JDK 1.2 里提供了 Collections.synchronizedXXX 工具方法，把原本线程不安全的集合变成了同步容器。”小米继续解释：
“这种方式的核心思想是给所有方法加 synchronized 锁，保证线程安全。但问题是，锁的粒度太大了，会导致性能下降。”
“这就是同步容器的主要缺陷？”小王问。
“对的。比如在 synchronizedList 里，每次 add()、get() 等方法都会加锁，多个线程访问时，实际上是串行执行，根本没发挥多线程的优势。”
Java 并发包的引入“到了 JDK 1.5，Java 提供了 java.util.concurrent 包，引入了一系列高效的并发容器，比如 ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList、ConcurrentLinkedQueue 等。”
“这些并发容器是怎么优化的？”小王迫不及待地问。
“它们的核心思想是减少锁的粒度，甚至无锁化，从而提高并发性能。”小米笑着说，“咱们来看看它们的实现。”
ConcurrentHashMap“HashMap 在多线程环境下会出现死循环的问题，而 ConcurrentHashMap 通过分段锁（JDK 1.7）或者 CAS + 红黑树（JDK 1.8）来提高并发性能。”
JDK 1.7 版本
JDK 1.7 采用了分段锁（Segment），即把整个 Map 分成多个 Segment，每个 Segment 维护自己的 HashEntry[] 数组：
优点：不同 Segment 可以同时写，避免了 synchronized 加锁整个 HashMap 的性能瓶颈。
缺点：Segment 数量固定，扩展性有限。
JDK 1.8 版本
JDK 1.8 去掉了 Segment，采用了CAS + synchronized + 红黑树：
CAS（compareAndSwap） 实现无锁并发。
synchronized 只锁定冲突的桶，而不是整个 Map。
当链表长度超过 8 时，自动转换为红黑树，提高查询效率。
CopyOnWriteArrayList“如果我们需要一个线程安全的 ArrayList，用 Collections.synchronizedList() 好，还是 CopyOnWriteArrayList 好？”小米考了小王一个问题。
小王想了想，说：“CopyOnWriteArrayList 适用于读多写少的场景，因为它在写的时候会拷贝一个新的数组。”
“没错！”小米点头，“来看 CopyOnWriteArrayList 的代码：”
写时复制：每次 add()、set() 时，都会创建一个新数组，保证原数组不会被修改。
读写分离：get() 方法可以无锁并发访问，非常适合读多写少的场景，比如缓存、白名单等。
ConcurrentLinkedQueue“普通的 LinkedList 不是线程安全的，如果要在多线程环境下用队列，该怎么办？”小米继续问。
“可以用 BlockingQueue，但如果不想阻塞的话，ConcurrentLinkedQueue 也是个不错的选择。”小王回答道。
“对的！ConcurrentLinkedQueue 是一个无锁的并发队列，采用 CAS 方式实现。”小米补充道，“它的特点是：
非阻塞，即使队列满了也不会阻塞线程。
适用于高并发环境，特别是生产者-消费者模式。”
总结：同步容器 vs. 并发容器“最后，我们用一个表格来总结一下同步容器和并发容器的区别吧。”小米说。
“哇，这下我明白了！”小王激动地说，“下次面试再遇到这个问题，我肯定能答上来了！”
“哈哈，光懂理论还不够，平时多写代码，多实战。”小米拍了拍小王的肩膀，“面试不只是考察知识点，更是考察你对并发编程的理解。”
第二天，小王顺利通过了面试，收到了心仪公司的 Offer，而小米，也继续在技术的道路上不断前行。
思考与拓展如果你觉得并发编程很有趣，可以尝试自己实现一个 ConcurrentHashMap 的简化版本，或者研究一下 Disruptor 这类高性能无锁队列，深入理解并发的魅力！
如果你在并发编程方面有任何疑问，欢迎留言交流！
END我是小米，一个喜欢分享技术的31岁程序员。如果你喜欢我的文章，欢迎关注我的微信公众号“软件求生”，获取更多技术干货！
