同步容器类

转载：http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3933404.html

参考： 《Java并发编程实践》

一、为什么会出现同步容器？

像ArrayList、LinkedList、HashMap这些容器都是非线程安全的。如果有多个线程并发地访问这些容器时，就会出现问题。因此，在编写程序时，必须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，这样导致在使用这些容器的时候非常地不方便。所以，Java提供了同步容器供用户使用。

这些类实现线程安全的方式是：将它们的状态封装起来，并对每个公有方法都进行同步，使得每次只有一个线程能访问容器的状态。

二、Java中的同步容器类

在Java中，同步容器主要包括2类：

Vector、Stack、HashTable

Collections类中提供的静态工厂方法创建的类

Vector实现了List接口，Vector实际上就是一个数组，和ArrayList类似，但是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，它实际上是继承于Vector类。HashTable实现了Map接口，它和HashMap很相似，但是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不同，Collection是一个顶层的接口。在Collections类中提供了大量的方法，比如对集合或者容器进行排序、查找等操作。最重要的是，在它里面提供了几个静态工厂方法来创建同步容器类Collections.synchronizedXXX。

三、同步容器的缺陷

3.1 性能问题

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。例如，由于Vector中的add方法和get方法都进行了同步，因此，在有多个线程进行访问时，如果多个线程都只是进行读取操作，那么每个时刻就只能有一个线程进行读取，其他线程便只能等待，这些线程必须竞争同一把锁。所以Vector的性能要比ArrayList差，进行相同次数的插入操作耗时更多。

因此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。

3.2 线程安全问题

同步容器类都是线程安全的，但在某些情况下可能需要额外的客户端加锁来保护复合操作。容器上常见的复合操作包括：迭代（反复访问元素，直到遍历完容器中所有元素）、跳转（根据指定顺序找到当前元素的下一个元素）以及条件运算，例如“若没有则添加”（检查在Map中是否存在键值K，如果没有，就加入二元组（K,V)。在同步容器类中，这些复合操作在没有客户端加锁的情况下仍然是线程安全的，但当其他线程并发地修改容器时，它们可能会出现意料之外的行为。例如，下面的例子就会出现问题。

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)   {

}
}
}
}

运行上面的例子，会出现数组越界异常。

Vector是线程安全的，为什么还会报这个错？很简单，对于Vector，虽然能保证每一个时刻只能有一个线程访问它，但是不排除这种可能：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);

假若此时vector的size方法返回的是10，i的值为9。然后另外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。那么通过get方法访问下标为9的元素肯定就会出问题了。因此为了保证线程安全，必须在方法调用端做额外的同步措施，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) {   //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)   {

}
}
}
}