一、并发容器（JUC 核心容器）
1. 核心定位与分类
- 背景：ArrayList、HashMap 等基础集合非线程安全，Vector、Hashtable 等同步容器因全局锁导致并发性能低，JUC 并发容器平衡线程安全与吞吐量。
- 核心分类 ：
- List：CopyOnWriteArrayList（替代 Vector/SynchronizedList）
- Set：CopyOnWriteArraySet（基于 CopyOnWriteArrayList）、ConcurrentSkipListSet
- Map：ConcurrentHashMap（替代 Hashtable/SynchronizedMap）、ConcurrentSkipListMap（替代 SynchronizedSortedMap）
- Queue：ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue 等（含阻塞 / 非阻塞类型）
2. 关键容器原理与场景
| 容器类 | 核心原理 | 适用场景 | 优缺点 |
|---|---|---|---|
| CopyOnWriteArrayList | 写时复制 + 锁 + volatile，读无锁、写复制数组 | 读多写少、无需实时更新（如 IP 黑名单） | 读性能高、无并发修改异常；内存占用高、写开销大 |
| CopyOnWriteArraySet | 基于 CopyOnWriteArrayList，add 调用 addIfAbsent 去重 | 需去重的读多写少场景 | 继承 CopyOnWriteArrayList 特性 |
| ConcurrentHashMap | JDK7 分段锁，JDK8+ CAS+synchronized + 数组 / 链表 / 红黑树（树化条件：链表≥8 且数组≥64） | 高并发缓存、共享数据存储 | 支持复合操作、并发高效；红黑树高并发增删代价高 |
| ConcurrentSkipListMap | 基于跳表（有序、O (log n) 复杂度） | 高并发有序映射、高频增删改（大数据量） | 有序、增删效率优于红黑树；内存开销略高 |
3. 迭代器机制与电商选型
- Fail-Fast vs Fail-Safe：普通集合（ArrayList/HashMap）为 Fail-Fast（并发修改抛异常），并发容器为 Fail-Safe（遍历复制集合，无异常但最终一致）。
- 电商场景选型 ：
- 商品售卖数量统计：ConcurrentHashMap（高频 get/set，key 稳定）
- 用户浏览历史统计：ConcurrentSkipListMap（大数据量、高频增删）
- 冻结用户列表：CopyOnWriteArrayList（高频读、低频写）
二、CPU 缓存架构与一致性
1. 核心架构与局部性原理
- 三级缓存结构：L1（核心独占）→ L2（核心独占）→ L3（多核共享）→ 主存，速度递减、容量递增。
- 局部性原理：时间局部性（重复访问数据）、空间局部性（连续访问数据），缓存设计的核心依据。
2. 缓存一致性问题与解决方案
- 问题：多核场景下，共享数据的缓存副本不一致，导致数据错误。
- 核心方案 ：
- 原子操作指令（XADD、CMPXCHG 等）：硬件级保证原子性。
- 总线锁定（LOCK# 信号）：适用于不可缓存数据或跨缓存行操作。
- 缓存一致性协议（MESI 为主）：基于写失效机制，缓存行状态分为 Modified（修改）、Exclusive（独占）、Shared（共享）、Invalid（无效）。
3. 伪共享与规避方案
- 伪共享：不同线程操作同一缓存行的无关变量，导致频繁缓存失效（如 ArrayBlockingQueue 的三个成员变量）。
- 规避方法：缓存行填充（添加无用字段占满 64Byte）、@Contended 注解（需 JVM 参数 -XX:-RestrictContended）、ThreadLocal 本地内存。
三、高性能内存队列 Disruptor
1. 核心定位与 JUC 队列缺陷
- 定位：LMAX 开发的有界内存队列，主打高并发、低延迟（单线程支撑 600 万订单 / 秒），应用于 Log4j2、Apache Storm 等。
- JUC 队列缺陷：加锁导致性能低、有界队列存在伪共享、线程切换开销大。
2. 高性能设计亮点
- 环形数组结构：避免 GC，契合缓存空间局部性。
- 无锁设计：CAS 保证线程安全，无锁竞争开销。
- 2^n 数组长度：位运算快速定位下标（index = sequence & (length-1)）。
- 缓存行填充：解决伪共享问题。
- 事件驱动模型：观察者模式，消费者实时响应数据。
3. 关键组件与实战
- 核心组件：RingBuffer（环形数组）、EventFactory（事件工厂）、Producer（生产者）、Consumer（消费者）、WaitStrategy（等待策略）。
- 等待策略选型 ：
- 高吞吐低延迟：BusySpinWaitStrategy（绑定 CPU 核心）
- 平衡性能与 CPU：YieldingWaitStrategy、SleepingWaitStrategy
- 资源紧缺场景：BlockingWaitStrategy、TimeoutBlockingWaitStrategy
- 实战模式：单生产者单消费者、单生产者多消费者（重复消费 / 分片消费）、多生产者多消费者，通过 Disruptor 构造器配置生产者类型与等待策略。