Java集合之同步容器實例分析

這篇文章主要介紹了Java集合之同步容器實例分析的相關知識，內(nèi)容詳細易懂，操作簡單快捷，具有一定借鑒價值，相信大家閱讀完這篇Java集合之同步容器實例分析文章都會有所收獲，下面我們一起來看看吧。

同步容器

在Java中，同步容器主要包括2類：

• Vector、Stack、HashTable

• Collections類中提供的靜態(tài)工廠方法創(chuàng)建的類

我們以相對簡單的Vecotr來舉例，我們先來看下Vector中幾個重要方法的源碼：

public synchronized boolean add(E e) {
    modCount++;
    ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
    elementData[elementCount++] = e;
    return true;
}

public synchronized E remove(int index) {
    modCount++;
    if (index >= elementCount)
        throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
    E oldValue = elementData(index);

    int numMoved = elementCount - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                         numMoved);
    elementData[--elementCount] = null; // Let gc do its work

    return oldValue;
}

public synchronized E get(int index) {
    if (index >= elementCount)
        throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);

    return elementData(index);
}

可以看到，Vector這樣的同步容器的所有公有方法全都是synchronized的，也就是說，我們可以在多線程場景中放心的使用單獨這些方法，因為這些方法本身的確是線程安全的。

但是，請注意上面這句話中，有一個比較關鍵的詞：單獨

因為，雖然同步容器的所有方法都加了鎖，但是對這些容器的復合操作無法保證其線程安全性。需要客戶端通過主動加鎖來保證。

簡單舉一個例子，我們定義如下刪除Vector中最后一個元素方法：

public Object deleteLast(Vector v){
    int lastIndex  = v.size()-1;
    v.remove(lastIndex);
}

上面這個方法是一個復合方法，包括 size(）和 remove()，看上去好像并沒有什么問題，無論是size()方法還是remove()方法都是線程安全的，那么整個deleteLast方法應該也是線程安全的。

但是，如果多線程調(diào)用該方法的過程中，remove方法有可能拋出ArrayIndexOutOfBoundsException：

Exception in thread "Thread-1" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: Array index out of range: 879
    at java.util.Vector.remove(Vector.java:834)
    at com.hollis.Test.deleteLast(EncodeTest.java:40)
    at com.hollis.Test$2.run(EncodeTest.java:28)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

我們上面貼了remove的源碼，我們可以分析得出：當index >= elementCount時，會拋出ArrayIndexOutOfBoundsException ，也就是說，當當前索引值不再有效的時候，將會拋出這個異常。

因為removeLast方法，有可能被多個線程同時執(zhí)行，當線程2通過index()獲得索引值為10，在嘗試通過remove()刪除該索引位置的元素之前，線程1把該索引位置的值刪除掉了，這時線程一在執(zhí)行時便會拋出異常。

為了避免出現(xiàn)類似問題，可以嘗試加鎖：

public void deleteLast() {
    synchronized (v) {
        int index = v.size() - 1;
        v.remove(index);
    }
}

如上，我們在deleteLast中，對v進行加鎖，即可保證同一時刻，不會有其他線程刪除掉v中的元素。

另外，如果以下代碼會被多線程執(zhí)行時，也要特別注意：

for (int i = 0; i < v.size(); i++) {
    v.remove(i);
}

由于，不同線程在同一時間操作同一個Vector，其中包括刪除操作，那么就同樣有可能發(fā)生線程安全問題。所以，在使用同步容器的時候，如果涉及到多個線程同時執(zhí)行刪除操作，就要考慮下是否需要加鎖。

同步容器的問題

前面說過了，同步容器直接保證單個操作的線程安全性，但是無法保證復合操作的線程安全，遇到這種情況時，必須要通過主動加鎖的方式來實現(xiàn)。

而且，除此之外，由于所有方法都加了鎖，這就導致多個線程訪問同一個容器的時候，只能進行順序訪問，即使是不同的操作，也要排隊，如get和add要排隊執(zhí)行。這就大大的降低了容器的并發(fā)能力。

并發(fā)容器

針對前文提到的同步容器存在的并發(fā)度低問題，從Java5開始，java.util.concurent包下，提供了大量支持高效并發(fā)的訪問的集合類，我們稱之為并發(fā)容器。

針對前面提到的同步容器的復合操作的問題，一般在 Map 中發(fā)生的比較多，所以在ConcurrentHashMap中增加了對常用復合操作的支持，比如putIfAbsent()、replace()，這2個操作都是原子操作，可以保證線程安全。

另外，并發(fā)包中的CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet是Copy-On-Write的兩種實現(xiàn)。

Copy-On-Write容器即寫時復制的容器。通俗的理解是當我們往一個容器添加元素的時候，不直接往當前容器添加，而是先將當前容器進行Copy，復制出一個新的容器，然后新的容器里添加元素，添加完元素之后，再將原容器的引用指向新的容器。

CopyOnWriteArrayList中add/remove等寫方法是需要加鎖的，而讀方法是沒有加鎖的。

這樣做的好處是我們可以對CopyOnWrite容器進行并發(fā)的讀，當然，這里讀到的數(shù)據(jù)可能不是最新的。因為寫時復制的思想是通過延時更新的策略來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的最終一致性的，并非強一致性。

但是，作為代替Vector的CopyOnWriteArrayList并沒有解決同步容器的復合操作的線程安全性問題。

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