文章目錄

• 一、同步容器
• 1.1、同步容器類介紹
• 1.2、常用的同步容器類
• 1.3、使用同步容器類的方式
• 1.4、同步容器類的實現機制
• 1.5、使用同步容器類的弊端
• 二、併發容器
• 2.1、什麼是併發容器類
• 2.2、CAS演算法
• 2.3、ConcurrentHashMap
• 2.4、CopyOnWriteArrayList

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Java平臺的類庫包含了一個併發構造塊的豐富集合,本篇將介紹在併發程式設計中十分常用的兩種容器類，一是同步容器，二是併發容器，它們在某些特定的場合中可以用來替代我們常用的集合類，比如在高併發和多執行緒請求的情況下。
本篇總結自《Java併發程式設計實踐》第五章 構造塊 章節的內容，詳情可以閱讀該書。

一、同步容器

1.1、同步容器類介紹

同步容器類包括兩部分，一個是Vector和Hashtable，它們是早期JDK的一部分；另一個是它們的同系容器，在JDK1.2之後才被 引入的同步包裝類這些類是由Collections.synchronizedXxx工廠方法建立的

1.2、常用的同步容器類

常用的同步容器類有Collections.synchronizedMap、Collections.synchronizedList、Collections.synchronizedSet、Collections.synchronizedSortSet、Collections.synchronizedSortMap，它們分別是Map、List、Set、SortSet、SortMap的同步容器類。

1.3、使用同步容器類的方式

使用同步容器類的方式很簡單，如下程式碼就是使用了一個Map的同步類，對HashMap進行了包裝。

//建立一個同步Map容器類,包裝HashMap，使其執行緒安全
Map<String, String> synchronizedMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap<String, String>());

接下來的操作和平時使用HashMap沒有什麼區別，常用的方法都沒有改變：

		//儲存key-value
         synchronizedMap.put("hello","world");
         
        //通過key讀取value
        String hello = synchronizedMap.get("hello");
        System.out.println(hello);
        
        //判斷key存在不存在，不存在則put
        synchronizedMap.putIfAbsent("arong","java");

1.4、同步容器類的實現機制

同步容器類的實現機制前面已經說過，其實就是依靠synchronized塊對方法進行了同步，以阻止多個執行緒對一個方法進行併發的訪問，從而使其達到執行緒安全的效果，以下是Collections.synchronizedMap的相關程式碼，我們可以看出，每個方法都被上鎖了：

//static靜態化使使用者通過Collections類可直接獲取到它
public static <K,V> Map<K,V> synchronizedMap(Map<K,V> m) {

		//這一步返回一個SynchronizedMap類，並將Map作為引數傳入
        return new SynchronizedMap<>(m);
    }

	//真正的同步容器類
    private static class SynchronizedMap<K,V>
        ...
		//所有的方法中都使用了synchronized對有狀態變數進行了同步
        public int size() {
            synchronized (mutex) {return m.size();}
        }
        public boolean isEmpty() {
            synchronized (mutex) {return m.isEmpty();}
        }
        public boolean containsKey(Object key) {
            synchronized (mutex) {return m.containsKey(key);}
        }
        public boolean containsValue(Object value) {
            synchronized (mutex) {return m.containsValue(value);}
        }
        public V get(Object key) {
            synchronized (mutex) {return m.get(key);}
        }

        public V put(K key, V value) {
            synchronized (mutex) {return m.put(key, value);}
        }
        public V remove(Object key) {
            synchronized (mutex) {return m.remove(key);}
        }
        public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> map) {
            synchronized (mutex) {m.putAll(map);}
        }
        public void clear() {
            synchronized (mutex) {m.clear();}
        }

      ...

1.5、使用同步容器類的弊端

同步容器類雖然能保證在多執行緒請求的情況下容器資料的安全，但是弊端也是比較明顯的：所有的方法都是同步的，每次只能有一個執行緒獲得鎖，其他執行緒全部阻塞，這樣會導致效能問題，所以說，在對效能的要求不高，但是要求安全性良好的情況下，可以使用同步容器類，但是如果希望容器在併發請求時能同時接受多個執行緒的處理，並且也能保證執行緒安全的話，推薦使用下文介紹的併發容器類。

二、併發容器

2.1、什麼是併發容器類

Java5.0通過提供幾個併發的容器類來改進同步容器。同步容器通過對容器的所有狀態進行序列訪問。從而實現了它們的執行緒安全。這樣做的代價是削減了併發性，當多個執行緒共同競爭容器級的鎖時，吞吐量就會降低。另一方面，併發容器是為了多執行緒併發訪問而設計的。Java5.0添加了ConcurentHashMap來替代同步的HashMap實現；當多數操作為讀取操作時，CopyOnWriteArrayList是List相應的同步實現。新的ConcurrentMap介面還加入了常見覆合操作，比如“缺少即加入（put-if-absent）”、替換和條件刪除等。併發容器類位於java.util.concurrent，即併發包下。

2.2、CAS演算法

CAS是一種無鎖的非阻塞演算法，全稱為：Compare-and-swap（比較並交換），大致思路是：先比較目標物件現值是否和舊值一致，如果一致，則更新物件為新值；如果不一致，則表明物件已經被其他執行緒修改，直接返回。

2.3、ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap實現了HashTable的所有功能，執行緒安全，但卻在檢索元素時不需要鎖定，因此效率更高。ConcurrentHashMap的key 和 value都不允許null出現。原因在於ConcurrentHashMap不能區分出value是null還是沒有map上，相對的HashMap卻可以允許null值，在於其使用在單執行緒環境下，可以使用containKey（key）方法提前判定是否能map上，從而區分這兩種情況，但是ConcurrentHashMap在多執行緒使用上下文中則不能這麼判定。在併發程式設計中，常用來替換Collections.synchronizeHashMap。

2.4、CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList提供高效地讀取操作，使用在讀多寫少的場景。CopyOnWriteArrayList讀取操作不用加鎖，且是安全的；寫操作時，先copy一份原有資料陣列，再對複製資料進行寫入操作，最後將複製資料替換原有資料，從而保證寫操作不影響讀操作。在併發程式設計中，常常用來替換Collections.synchronizedList。