Java并发编程：同步容器
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为了方便编写出线程安全的程序，Java里面提供了一些线程安全类和并发工具，好比：同步容器、并发容器、阻塞队列、Synchronizer（好比CountDownLatch）。今天咱们就来讨论下同步容器。java
如下是本文的目录大纲：程序员
一.为何会出现同步容器？编程
二.Java中的同步容器类数组
三.同步容器的缺陷安全
如有不正之处请多多谅解，并欢迎批评指正。并发
请尊重做者劳动成果，转载请标明原文连接：框架
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一.为何会出现同步容器？
在Java的集合容器框架中，主要有四大类别：List、Set、Queue、Map。post
List、Set、Queue接口分别继承了Collection接口，Map自己是一个接口。
注意Collection和Map是一个顶层接口，而List、Set、Queue则继承了Collection接口，分别表明数组、集合和队列这三大类容器。
像ArrayList、LinkedList都是实现了List接口，HashSet实现了Set接口，而Deque（双向队列，容许在队首、队尾进行入队和出队操做）继承了Queue接口，PriorityQueue实现了Queue接口。另外LinkedList（其实是双向链表）实现了了Deque接口。
像ArrayList、LinkedList、HashMap这些容器都是非线程安全的。
若是有多个线程并发地访问这些容器时，就会出现问题。
所以，在编写程序时，必需要求程序员手动地在任何访问到这些容器的地方进行同步处理，这样致使在使用这些容器的时候很是地不方便。
因此，Java提供了同步容器供用户使用。
二.Java中的同步容器类
在Java中，同步容器主要包括2类：
1）Vector、Stack、HashTable
2）Collections类中提供的静态工厂方法建立的类
Vector实现了List接口，Vector实际上就是一个数组，和ArrayList相似，可是Vector中的方法都是synchronized方法，即进行了同步措施。
Stack也是一个同步容器，它的方法也用synchronized进行了同步，它其实是继承于Vector类。
HashTable实现了Map接口，它和HashMap很类似，可是HashTable进行了同步处理，而HashMap没有。
Collections类是一个工具提供类，注意，它和Collection不一样，Collection是一个顶层的接口。在Collections类中提供了大量的方法，好比对集合或者容器进行排序、查找等操做。最重要的是，在它里面提供了几个静态工厂方法来建立同步容器类，以下图所示：
三.同步容器的缺陷
从同步容器的具体实现源码可知，同步容器中的方法采用了synchronized进行了同步，那么很显然，这必然会影响到执行性能，另外，同步容器就必定是真正地彻底线程安全吗？不必定，这个在下面会讲到。
咱们首先来看一下传统的非同步容器和同步容器的性能差别，咱们以ArrayList和Vector为例：
1.性能问题
咱们先经过一个例子看一下Vector和ArrayList在插入数据时性能上的差别：
public class Test {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
Vector<Integer> vector = new Vector<Integer>();
long start = System.currentTimeMillis();
for(int i=0;i<100000;i++)
list.add(i);
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("ArrayList进行100000次插入操做耗时："+(end-start)+"ms");
start = System.currentTimeMillis();
for(int i=0;i<100000;i++)
vector.add(i);
end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("Vector进行100000次插入操做耗时："+(end-start)+"ms");
}
}
这段代码在我机器上跑出来的结果是：
进行一样多的插入操做，Vector的耗时是ArrayList的两倍。
这只是其中的一方面性能问题上的反映。
另外，因为Vector中的add方法和get方法都进行了同步，所以，在有多个线程进行访问时，若是多个线程都只是进行读取操做，那么每一个时刻就只能有一个线程进行读取，其余线程便只能等待，这些线程必须竞争同一把锁。
所以为了解决同步容器的性能问题，在Java 1.5中提供了并发容器，位于java.util.concurrent目录下，并发容器的相关知识将在下一篇文章中讲述。
2.同步容器真的是安全的吗？
也有有人认为Vector中的方法都进行了同步处理，那么必定就是线程安全的，事实上这可不必定。看下面这段代码：
public class Test {
static Vector<Integer> vector = new Vector<Integer>();
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
while(true) {
for(int i=0;i<10;i++)
vector.add(i);
Thread thread1 = new Thread(){
public void run() {
for(int i=0;i<vector.size();i++)
vector.remove(i);
};
};
Thread thread2 = new Thread(){
public void run() {
for(int i=0;i<vector.size();i++)
vector.get(i);
};
};
thread1.start();
thread2.start();
while(Thread.activeCount()>10) {
}
}
}
}
在我机器上运行的结果：
正如你们所看到的，这段代码报错了：数组下标越界。
也许有朋友会问：Vector是线程安全的，为何还会报这个错？很简单，对于Vector，虽然能保证每个时刻只能有一个线程访问它，可是不排除这种可能：
当某个线程在某个时刻执行这句时：
for(int i=0;i<vector.size();i++) vector.get(i);
倘若此时vector的size方法返回的是10，i的值为9
而后另一个线程执行了这句：
for(int i=0;i<vector.size();i++) vector.remove(i);
将下标为9的元素删除了。
那么经过get方法访问下标为9的元素确定就会出问题了。
所以为了保证线程安全，必须在方法调用端作额外的同步措施，以下面所示：
public class Test {
static Vector<Integer> vector = new Vector<Integer>();
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
while(true) {
for(int i=0;i<10;i++)
vector.add(i);
Thread thread1 = new Thread(){
public void run() {
synchronized (Test.class) { //进行额外的同步
for(int i=0;i<vector.size();i++)
vector.remove(i);
}
};
};
Thread thread2 = new Thread(){
public void run() {
synchronized (Test.class) {
for(int i=0;i<vector.size();i++)
vector.get(i);
}
};
};
thread1.start();
thread2.start();
while(Thread.activeCount()>10) {
}
}
}
}
3. ConcurrentModificationException异常
在对Vector等容器并发地进行迭代修改时，会报ConcurrentModificationException异常，关于这个异常将会在后续文章中讲述。
可是在并发容器中不会出现这个问题。
参考资料：
《深刻理解Java虚拟机》
《Java并发编程实战》