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Java并發編程（八）同步容器

為了方便編寫出線程安全的程序，Java里面提供了一些線程安全類和并發工具，比如：同步容器、并發容器、阻塞隊列、Synchronizer（比如CountDownLatch）

一.為什么會出現同步容器？

在Java的集合容器框架中，主要有四大類別：List、Set、Queue、Map。
List、Set、Queue接口分別繼承了Collection接口，Map本身是一個接口。
注意Collection和Map是一個頂層接口，而List、Set、Queue則繼承了Collection接口，分別代表數組、集合和隊列這三大類容器。
像ArrayList、LinkedList都是實現了List接口，HashSet實現了Set接口，而Deque（雙向隊列，允許在隊首、隊尾進行入隊和出隊操作）繼承了Queue接口，PriorityQueue實現了Queue接口。另外LinkedList（實際上是雙向鏈表）實現了了Deque接口。
像ArrayList、LinkedList、HashMap這些容器都是非線程安全的。
如果有多個線程并發地訪問這些容器時，就會出現問題。
因此，在編寫程序時，必須要求程序員手動地在任何訪問到這些容器的地方進行同步處理，這樣導致在使用這些容器的時候非常地不方便。
所以，Java提供了同步容器供用戶使用。

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二.Java中的同步容器類

在Java中，同步容器主要包括2類：

1）Vector、Stack、HashTable

2）Collections類中提供的靜態工廠方法創建的類

Vector實現了List接口，Vector實際上就是一個數組，和ArrayList類似，但是Vector中的方法都是synchronized方法，即進行了同步措施。

Stack也是一個同步容器，它的方法也用synchronized進行了同步，它實際上是繼承于Vector類。

HashTable實現了Map接口，它和HashMap很相似，但是HashTable進行了同步處理，而HashMap沒有。

Collections類是一個工具提供類，注意，它和Collection不同，Collection是一個頂層的接口。在Collections類中提供了大量的方法，比如對集合或者容器進行排序、查找等操作。最重要的是，在它里面提供了幾個靜態工廠方法來創建同步容器類，如下圖所示：

三.同步容器的缺陷

從同步容器的具體實現源碼可知，同步容器中的方法采用了synchronized進行了同步，那么很顯然，這必然會影響到執行性能，另外，同步容器就一定是真正地完全線程安全嗎？不一定，這個在下面會講到。

我們首先來看一下傳統的非同步容器和同步容器的性能差異，我們以ArrayList和Vector為例：

1.性能問題

我們先通過一個例子看一下Vector和ArrayList在插入數據時性能上的差異：

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進行100000次插入操作耗時："+(end-start)+"ms");
        start = System.currentTimeMillis();
        for(int i=0;i<100000;i++)
            vector.add(i);
        end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("Vector進行100000次插入操作耗時："+(end-start)+"ms");
    }
}

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這段代碼在我機器上跑出來的結果是：

進行同樣多的插入操作，Vector的耗時是ArrayList的兩倍。

這只是其中的一方面性能問題上的反映。

另外，由于Vector中的add方法和get方法都進行了同步，因此，在有多個線程進行訪問時，如果多個線程都只是進行讀取操作，那么每個時刻就只能有一個線程進行讀取，其他線程便只能等待，這些線程必須競爭同一把鎖。

因此為了解決同步容器的性能問題，在Java 1.5中提供了并發容器，位于java.util.concurrent目錄下，并發容器的相關知識將在下一篇文章中講述。

2.同步容器真的是安全的嗎？

也有有人認為Vector中的方法都進行了同步處理，那么一定就是線程安全的，事實上這可不一定。看下面這段代碼：

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)   {
                 
            }
        }
    }
}

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在我機器上運行的結果：

正如大家所看到的，這段代碼報錯了：數組下標越界。

也許有朋友會問：Vector是線程安全的，為什么還會報這個錯？很簡單，對于Vector，雖然能保證每一個時刻只能有一個線程訪問它，但是不排除這種可能：

當某個線程在某個時刻執行這句時：
for(int i=0;i<vector.size();i++)
    vector.get(i);

假若此時vector的size方法返回的是10，i的值為9

然后另外一個線程執行了這句：
for(int i=0;i<vector.size();i++)
    vector.remove(i);

將下標為9的元素刪除了。

那么通過get方法訪問下標為9的元素肯定就會出問題了。

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因此為了保證線程安全，必須在方法調用端做額外的同步措施，如下面所示：

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) {   //進行額外的同步
                        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)   {
                 
            }
        }
    }
}

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3. ConcurrentModificationException異常

在對Vector等容器并發地進行迭代修改時，會報ConcurrentModificationException異常。

但是在并發容器中不會出現這個問題。

http://www.rzrgm.cn/dolphin0520/p/3933551.html

posted on 2016-12-05 00:42 安卓筆記俠閱讀(688) 評論(0) 收藏舉報

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