Java同步容器与并发容器

Java容器

Java提供了很多容器类，方便用户使用。关键接口图如下（图片来源自The Java™ Tutorials），



Collection——集合框架结构的根节点。Java并没有提供该接口的具体实现，但是提供了Collection子接口，比如Set，List的具体实现。

Set——没有重复元素的集合。

List——有序的集合（或称为序列）。可以包括重复元素。

Queue——用于保存多个待处理的元素。典型地（但非必须），满足FIFO（先进先出）规则。

Deque——保存多个待处理的元素。支持先进先出（FIFO）和先进后出（LIFO）。双向，元素可以在两个方向添加或删除。

Map——将键（key）映射到值（value）的结构。不能包含相同的key，每个key至多映射到一个value。

同步容器类

我们平时用的ArrayList，Queue，HashMap，都不是同步安全的。如果我们在多个线程中这些类的实例，就可能发生线程干扰或内存一致性错误。

我们可以使用同步访问来解决这个问题，但是Java已经帮我们实现了，这就是接下来的同步容器类。同步容器类包括：

Vector和Hashtable，还有继承Vector的Stack类。

Collections.synchronizedXxx等工厂方法创建的类。

这些类实现线程安全的方法是：将它们的成员变量设置为私有（状态封装），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类的实例。

我们可以方便得使用这些同步容器来实现多个线程同步访问。但是并不意味同步容器可以完全保证线程安全。考虑以下的例子，

public static Object getLast(Vector vector) {
int lastIndex = vector.size() - 1;
return vector.get(lastIndex);
}

public static void deleteLast(Vector vector) {
int lastIndex = vector.size() - 1;
vector.remove(lastIndex);
}

这两个代码都会执行“先检查再运行”操作。先获得向量的大小，然后根据结果来得到或删除最后一个元素。如果这两个代码运行在两个线程中，会发生以下的执行序列，

getLast得到向量大小，为10，

deleteLast得到向量大小，为10，

deleteLast删除最后一个元素，此时向量的大小为9

getLast得到最后一个元素，get(9)，但是由于deleteLast将最后一个元素删除，此时长度为9，所以此时会出错。

容器上常见的复合操作包括：迭代、跳转以及条件运算，例如“没有则添加”。在同步容器中，这些复合操作是线程安全的，但是在其他线程并发地修改容器时，就会发生意料之外的行为。比如上面的例子。

我们可以通过客户端加锁来解决该问题，使得getLast和deleteLast成为原子操作，确保vector的大小在调用size和get之间不会发生变化，示例代码如下：

public static Object getLast(Vector vector) {
synchronized (vector) {
int lastIndex = vector.size() - 1;
return vector.get(lastIndex);
}
}

public static void deleteLast(Vector vector) {
synchronized (vector) {
int lastIndex = vector.size() - 1;
vector.remove(lastIndex);
}
}

并发容器类

同步容器将所有对容器状态的访问都串行化，来实现线程安全性。这种方法的代价是严重降低并发性，当多个线程竞争容器的锁时，吞吐量将严重降低。

Java 提供了多种并发容器来改善同步容器的性能。另外，并发容器是针对多个线程并发访问设计的。

替代Map的ConcurrentHashMap

替代SortedMap的ConcurrentSkipListMap

替代SortedSet的ConcurrentSkipListSet

替代List的CopyOnWriteArrayList

ConcurrentLinkedQueue，先进先出队列

BlockingQueue，货站了Queue，支持可阻塞的插入和获取等操作