Java並發編程：同步容器
以下是本文的目錄大綱：
一.為什麽會出現同步容器？
二.Java中的同步容器類
三.同步容器的缺陷
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一.為什麽會出現同步容器？
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。
註意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。
如果有多個線程並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。
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，它實際上是繼承於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，註意，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，在它裏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，那麽很顯然，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：
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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");
}
}
|
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，由於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，那麽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中提供了並發容器，位於java.util.concurrent目錄下，並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，那麽一定就是線程安全的，事實上這可不一定。看下面這段代碼：
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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，為什麽還會報這個錯？很簡單，對於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：
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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
然後另外一個線程執行了這句：
| 1 2 |
for(int i=0;i<vector.size();i++)
vector.remove(i);
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將下標為9的元素刪除了。
那麽通過get方法訪問下標為9的元素肯定就會出問題了。
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：
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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等容器並發地進行叠代修改時，會報ConcurrentModificationException異常，關於這個異常將會在後續文章中講述。
但是在並發容器中不會出現這個問題。
參考資料：
《深入理解Java虛擬機》
《Java並發編程實戰》
http://thinkgeek.diandian.com/post/2012-03-24/17905694
http://blog.csdn.net/cutesource/article/details/5780740
Java並發編程：同步容器