多线程编程-之并发编程：同步容器

Posted 2020-08-01 左侧码工

为了方便编写出线程安全的程序，Java里面提供了一些线程安全类和并发工具，比如：同步容器、并发容器、阻塞队列、Synchronizer。

同时说说List,Set,Map之间的区别.　

自动扩展的数组: List 

重复的数组:set 

自动排序的组数 :TreeSet,TreeList,Tree** 

 

而几乎所有的集合都是基于数组来实现的. 

因为集合是对数组做的封装,所以,数组永远比任何一个集合要快 

但任何一个集合,比数组提供的功能要多 

 

一：数组声明了它容纳的元素的类型，而集合不声明。这是由于集合以object形式来存储它们的元素。 

二：一个数组实例具有固定的大小，不能伸缩。集合则可根据需要动态改变大小。 

三：数组是一种可读/可写数据结构－－－没有办法创建一个只读数组。然而可以使用集合提供的ReadOnly方法，以只读方式来使用集合。该方法将返回一个集合的只读版本.

一.为什么会出现同步容器？

　在Java的集合容器框架中，主要有四大类别：List、Set、Queue、Map。

List、Set、Queue接口分别继承了Collection接口，Map本身是一个接口。

Collection和Map是一个顶层接口，而List、Set、Queue则继承了Collection接口，分别代表数组、集合和队列这三大类容器。

　　像ArrayList、LinkedList都是实现了List接口，HashSet实现了Set接口，而Deque（双向队列，允许在队首、队尾进行入队和出队操作）继承了Queue接口，PriorityQueue实现了Queue接口。另外LinkedList（实际上是双向链表）实现了了Deque接口。

　　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。va中的同步容器类

　　在Java中，同步容器主要包括3类：

　　1）Vector、Stack、HashTable 其他都是在这基础上拓展

     2）Collections类中提供的静态工厂方法创建的类

     3) 并发容器:ConcurrentHashMap, CopyOnWriteArrayList, ConcurrentLinkedQuerue, ConcurrentSkipListMap, ConcurrentSkipListSet

 

ConcurrentHashMap代替同步的Map（Collections.synchronized（new HashMap()）），众所周知，HashMap是根据散列值分段存储的，同步Map在同步的时候锁住了所有的段，而ConcurrentHashMap加锁的时候根据散列值锁住了散列值锁对应的那段，因此提高了并发性能。ConcurrentHashMap也增加了对常用复合操作的支持，比如"若没有则添加"：putIfAbsent()，替换：replace()。这2个操作都是原子操作。

　　CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet分别代替List和Set，主要是在遍历操作为主的情况下来代替同步的List和同步的Set，这也就是上面所述的思路：迭代过程要保证不出错，除了加锁，另外一种方法就是"克隆"容器对象。

　　ConcurrentLinkedQuerue是一个先进先出的队列。它是非阻塞队列。

 　  ConcurrentSkipListMap可以在高效并发中替代SoredMap（例如用Collections.synchronzedMap包装的TreeMap）。

　　ConcurrentSkipListSet可以在高效并发中替代SoredSet（例如用Collections.synchronzedSet包装的TreeMap）。

　　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，如下图所示:

 

　　　　　　　　　　　　

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，另外，同步容器就一定是真正地完全线程安全吗？不一定，这个在下面会讲到。

　　我们首先来看一下传统的非同步容器和同步容器的性能差异，我们以ArrayList和Vector为例：

1.性能问题

　　我们先通过一个例子看一下Vector和ArrayList在插入数据时性能上的差异：

public static void main(String [] args) throws InterruptedException{
		
		//10万次插入list集合
		new Thread(){
			@Override
			public void run() {
				List<Integer> list=new ArrayList<Integer>();
				long begin=System.currentTimeMillis();
				for(int i=0;i<1000000;i++){
					list.add(i);
				}
				long end=System.currentTimeMillis();
				System.out.println("List插入消耗时间:"+(end-begin)+"ms");
			}
		}.start();
	
		
		//10万次插入Vector线程同步集合
		 new Thread(){
			 @Override
			public void run() {
				 Vector<Integer> v=new Vector<Integer>();
					long begin1=System.currentTimeMillis();
					for(int i=0;i<1000000;i++){
						v.add(i);
					}
					long end1=System.currentTimeMillis();
					System.out.println("Vector插入消耗时间:"+(end1-begin1)+"ms");
			}
		 }.start();
		
		
		 
	}art)+"ms");
        start = System.currentTimeMillis();
        for(int i=0;i<100000;i++)
            vector.add(i);
        end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("Vector进行100000次插入操作耗时："+(end-start)+"ms");
    }
}

　　

 

 

进行同样多的插入操作，Vector的耗时是ArrayList的一多倍,这只是其中的一方面性能问题上的反映。

　　另外，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。

　　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，并发容器的相关知识将在下一篇文章中讲述。

    2.同步容器是否是安全的吗？

　　也有人认为Vector中的方法都进行了同步处理，那么一定就是线程安全的，事实上这可不一定。看下面这段代码：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    	
       
            for(int i=0;i<10;i++)
                vector.add(i);
            
            //开启一个线程删除集合元素
            new Thread(){
                public void run() {
                	
                    for(int i=0;i<vector.size();i++)
                        vector.remove(i);
               
                };
            }.start();
            
            //开启另外一个线程读取集合
            new Thread(){
                public void run() {
	                    for(int i=0;i<vector.size();i++)
	                        vector.get(i);
                	
                };
            }.start();

    }

以下是执行结果:

 

 

正如大家所看到的，这段代码报错了：数组下标越界。

不是说好的,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)   {
                 
            }
        }
    }
}

　　

 3. ConcurrentModificationException异常

　在对Vector等容器并发地进行迭代修改时，会报ConcurrentModificationException异常，关于这个异常将会在后续文章中讲述。

　 但是在并发容器中不会出现这个问题.所以文章只为记录学习过程,不作为任何技术分享.如有错误,请多多谅解.