看了前兩篇你肯定已經理解了 java 並發編程的低層構建。然而，在實際編程中，應該經可能的遠離低層結構，畢竟太底層的東西用起來是比較容易出錯的，特別是並發編程，既難以調試，也難以發現問題，我們還是使用由並發處理的專業人員實現的較高層次的結構要方便、安全得多。
阻塞隊列
對於許多線程問題，都可以使用一個或多個隊列來安全、優雅的進行數據的傳遞。比如經典的生產者--消費者問題,生產者不停的生成某些數據，消費者需要處理數據，在多線程環境中，如何安全的將數據從生產者線程傳遞到消費者線程？
無需使用鎖和條件對象,java 自帶的阻塞隊列就能夠完美的解決這個問題。阻塞隊列中所有方法都是線程安全的，所以我們進行讀取、寫入操作時無需考慮並發問題。阻塞隊列主要有以下幾種方法：
| 方法 | 正常結果 | 異常結果 |
|---|---|---|
| add | 添加一個元素 | 隊列滿，拋出 IllegalStateException 異常 |
| element | 返回隊列頭元素 | 隊列空，拋出 NoSuckElementException 異常 |
| offer | 添加一個元素，返回 true | 隊列滿，返回 false |
| peek | 返回隊列的頭元素 | 隊列空，返回 null |
| poll | 移出並返回隊列頭元素 | 隊列空，返回 null |
| put | 添加一個元素 | 隊列滿，阻塞 |
| remove | 移出並返回頭元素 | 隊列空，拋出 NoSuckElementException 異常 |
| take | 移出並返回頭元素 | 隊列空，則阻塞 |
上面的方法主要分成了三類，第一類：異常情況下拋出異常；第二類：異常情況返回 false/null；第三類：異常情況下阻塞。可以根據自身情況選擇合適的方法來操作隊列。
阻塞隊列的實現
在 java.util.concurrent 包中，提供了阻塞隊列的幾種實現，當前也可以自己實現 BlockingQueue 接口，實現自己的阻塞隊列。
- LinkdedBlockingQueue:鏈式阻塞隊列。一般情況下鏈式的結構容量都是沒有上限的，但是也可以選擇手動指定最大容量。
- LinkdedBlockingDeque:鏈式阻塞雙端隊列。
- PriorityBlockingQueue:優先級隊列。按照優先級移出，無容量上限。
- ArrayBlockingQueue:數組隊列，需指定容量。可選指定是否需要公平性,如果設置了公平性，等待了最長時間的線程會優先得到處理，但是會降低性能。
延遲隊列
DelayQueue 也是阻塞隊列的一種，不過它要求隊列中的元素實現Delayed接口。需要重新兩個方法：
- long getDelay(TimeUnit unit)返回延遲的時間，負值表示延遲結束，只有延遲結束的情況下，元素才能從隊列中移出。
- int compareTo(Delayed o)比較方法，DelayQueue 使用該方法對元素進行排序。
傳遞隊列
在 Java SE 7 中新增了一個 TransferQueue 接口，允許生產者等待，直到消費者消費了某個元素。原本生產者消費者是沒有關系的，生產者並不知道某個元素是否被消費者消費了。通過此接口可以讓生產者知道某個元素確實被消費了。如果生產者調用：
q.transer(item)
方法，這個調用會阻塞，知道 item 被消費線程取出消費。LinkedTransferQueue 實現了此接口。
線程安全的集合
如果多個線程並發的操作集合，會很容易出現問題，我們可以選擇鎖來保護共享數據，但是更好的選擇是使用線程安全的集合來作為替代。本節介紹 Java 類庫中提供的線程安全的集合(上一節介紹的阻塞隊列也在其中）。
這類集合，size 是通過便利得出的，較慢。而且如果 size 數量大於 20 億，有可能超過 int 的范圍，使用 size 方法無法獲取到大小，在 java8 中引入了 mappingCount 方法，返回值類型為 long。
映射 map
映射是日常使用中非常常見的一種數據結構。共有以下幾種線程安全的映射：
- ConcurrentSkipListMap:有序映射，根據鍵排序
- ConcurrentHashMap:無序映射
映射條目的原子更新
一旦涉及到多線程環境，做啥都比較麻煩，比如更新一個 map 中某個鍵值對的值，下面的操作顯然是不正確的：
int old = map.get(key);
map.put(key,old+1);
假如有兩個線程同時操作一個 key，雖然 put 方法是線程安全的，但是由於兩個線程之前讀取的 old 是一樣的，這樣就會導致某個線程的修改被覆蓋掉。
有以下幾種安全的更新方法：
- 使用 repalce(key,oldValue,newValue)方法，此方法會在 key，oldValue 完全匹配時將 oldValue 換為 newValue 返回 true，否則返回 false。
- 使用 AtomicLong 或者 LongAdder 作為映射的值，這兩個的操作方法是原子性的，因此可以安全的修改值。 3.使用 compute 類似方法完成更新。比如下面的：
# 如果key不再map中，v的值為null
map.compute(key,(k,v)->v==null?1:v+1);
# 如果不存在key
map.computeIfAbsent(key,key->new LongAdder())
# 如果存在key
map.computeIfPresent(key,key->key+1)
# 和compute方法類似，不過不處理鍵
map.merge(key,value,(existingValue,newValue)->existingValue+newValue+1)
批操作
java8 引入的，即使有其他線程在處理映射，批操作也能安全的執行。批操作會遍歷映射，處理便利過程中找到的元素，且無需凍結當前映射的快照。顯然通過批操作獲取的結果不是完全精確的，因為遍歷過程中，元素可能會被改變。
有以下三種不同的操作：
- 搜索（search）,遍歷結果直到返回一個非 null 的結果
- 歸約（reduce）,組合所有鍵或值，需提供累加函數
- forEach,遍歷所有的鍵值對
每個操作都有 4 個版本： - operationKeys：處理鍵
- operationValues:處理值
- operation:處理鍵值
- operationEntries：處理需要 map.Entry 對象
並發集合
線程安全的 set 集合只有以下一種：
- ConcurrentSkipListSet:有序 set
如果我們想要一個 hash 結構的，線程安全的 set，有以下幾種辦法.
- 通過 ConcurrentHashMap.<Key>newKeySet()生成一個 Set
,比如：
Set<String> sets = ConcurrentHashMap.<String>newKeySet();
這其實只是 ConcurrentHashMap<Key,Boolean>的一個包裝器，所有的值都為 true
- 通過現有映射對象的 keySet 方法，生成這個映射的鍵集。如果刪除這個集的某個元素，映射上對於元素也會被刪除。但是不能添加元素，因為沒有相應的值。java8 新增了一個 keySet 方法，可以設置一個默認值，這樣就能為向集合中增加元素。
數組
在 Concurrent 包中只有一個CopyOnWriteArrayList數組。該數組所有的修改都會對底層數組進行復制，也就是每插入一個元素都會將原來的數組復制一份並加入新的元素。
當構建一個迭代器時，迭代器指向的是當前數組的引用，如果后來數組被修改了，迭代器指向的任然是舊的數組。
任何集合類都可以通過使用同步包裝器變成線程安全的,如下：
//線程安全的列表
List<String> list1 = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
//線程安全的map
Map<String,String> map1 = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
//線程安全的set
Set<String> set1 = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());
並行數組算法
在 java 8 中，Arrays 類提供了大量的並行化操作。
- Arrays.parallelSort
對一個基本數據類型或對象的數組進行排序
- Arrays.paralletSetAll
用一個函數計算得到的值填充一個數組。這個函數接收元素索引，然后計算值。例如：
# 將所有值加上對於的序號
Arrays.parallelSetAll(arr,i->i+ arr[i]);
- parallelPrefix
用對應一個給定結合操作的前綴的累加結果替換各個數組元素。看文字描述不太容易看懂，這里用一個例子說明:
int[] arr = {1,2,3,4}
Arrays.parallelPrefix(arr,(x,y)->x*y);
// arr變成：[1,1*2,1*2*3,1*2*3*4]