JAVA同步容器和并发容器

同步容器类

同步容器类的创建

在早期的JDK中，有两种现成的实现，Vector和Hashtable，可以直接new对象获取；

在JDK1.2中，引入了同步封装类，可以由Collections.synchronizedXxxx等方法创建；

同步容器类的问题

同步容器类虽然都是线程安全的，但是在某些情况下（复合操作），仍然需要加锁来保护；

常见复合操作如下：

1. 迭代：反复访问元素，直到遍历完全部元素；
2. 跳转：根据指定顺序寻找当前元素的下一个（下n个）元素；
3. 条件运算：例如若没有则添加等；

举个条件运算的例子，代码如下：

package concurrency.old;

import java.util.Vector;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

//线程任务类，获取集合中的最后一个元素
class GetLast implements Runnable{

    private Vector<Integer> list;

    public GetLast(Vector<Integer> list) {
        this.list = list;
    }
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            try{
                Test.getLast(list);
            }catch(Exception e){
                e.printStackTrace();
                System.out.println(e.getMessage() + " --- in class GetLast");
                break;
            }

        }

    }

}
//线程任务类，删除&添加元素
class DeleteAndAdd implements Runnable{

    private Vector<Integer> list;

    public DeleteAndAdd(Vector<Integer> list) {
        this.list = list;
    }
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            try{
                Test.deleteAndAdd(list);
            }catch(Exception e){
                e.printStackTrace();
                System.out.println(e.getMessage() + " --- in class DeleteAndAdd");
                break;
            }

        }

    }

}

public class Test {

    //获取最后一个元素
    public static  Integer getLast(Vector<Integer> list){
        //这里根据list.size()得到最后一个元素的索引
        //换句话说，这条语句已经检查认为在集合list中存在索引为list.size() - 1的元素
        int lastIndex = list.size() - 1;

        if(lastIndex < 0) return null;

        //返回指定索引处的元素
        return list.get(lastIndex);
    }

    //删除元素，添加元素
    public static  void deleteAndAdd(Vector<Integer> list){
        int lastIndex = list.size() - 1;
        if(lastIndex < 0) return;
        list.remove(lastIndex);
        list.add(3);
    }

    public static void main(String[] args) {
        Vector<Integer> vector = new Vector<Integer>();
        vector.add(1);
        vector.add(2);

        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();

        GetLast gl = new GetLast(vector);
        DeleteAndAdd daa = new DeleteAndAdd(vector);

        exec.execute(gl);
        exec.execute(daa);

    }
}

运行以上程序，很快发现在getLast中抛出了java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException异常，原因在于getLast方法不是原子操作，调用size方法和get方法之间，其它线程执行了remove操作，导致容器大小变小，索引访问越界，抛出异常。

若想得到正确结果，可修改代码，对getLast和deleteAndAdd方法里的操作加锁（因为Vector内部是通过自身对象作为锁的，所以这里同样以Vector对象作为锁），使之成为原子操作，如下代码：

    //获取最后一个元素
    public static  Integer getLast(Vector<Integer> list){
        synchronized(list){
            //这里根据list.size()得到最后一个元素的索引
            //换句话说，这条语句已经检查认为在容器list中存在索引为list.size() - 1的元素
            int lastIndex = list.size() - 1;

            if(lastIndex < 0) return null;

            //返回指定索引处的元素
            return list.get(lastIndex);
        }
    }

    //删除元素，添加元素
    public static  void deleteAndAdd(Vector<Integer> list){
        synchronized(list){
            int lastIndex = list.size() - 1;
            if(lastIndex < 0) return;
            list.remove(lastIndex);
            list.add(3);
        }
    }

另外，在对vector的元素遍历时（for循环方式），其它线程删除了容器中的一个元素，也会抛出异常java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException异常，原因与上面提到的getLast方法一样，在访问最后一个元素的时候越界了；

        for(int i = 0; i < vector.size(); i++){
            System.out.println(vector.get(i));
        }

一个可行的修改方式同样是对容器加锁，但代价较大，导致其它线程在迭代期间不能访问容器，降低了并发性；

        synchronized(vector){
            for(int i = 0; i < vector.size(); i++){
                System.out.println(vector.get(i));
            }
        }

迭代器及快速失败机制

同步容器与非同步容器一样，在迭代期间，若其它线程并发修改该容器，会抛出ConcurrentModificationException异常，即快速失败机制，之前有写过相关内容，详见下面链接：

http://www.cnblogs.com/chenpi/p/5270990.html

通过在容器迭代期间对容器加锁来解决该问题是一种方式，但并发性差，当容器规模大时，更加严重，而且还可能产生死锁问题；一种更优的解决方式，如上面链接里提到的，采用克隆容器（CopyOnWriteArrayList等），在副本上进行操作，但存在显著的性能开销，需要拷贝数组等操作，这种方式的好坏要看具体需求，如容器大小，执行的具体操作，调用频率等，一般当迭代操作远多于修改操作时，比较适用克隆容器；

另外，在集合中，有一些隐藏的迭代操作，如toString，equals，hashCode等方法，使用时需注意，也可能会抛出ConcurrentModificationException异常；

并发容器

同步容器对所有容器状态的访问都串行化，严重降低了并发性；当多个线程竞争锁时，吞吐量严重下降；

java5.0之后提供了多种并发容器来改善同步容器的性能，如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList、CopyOnWriteArraySet、ConcurrentSkipListMap等；

这里主要看下ConcurrentHashMap；

ConcurrentHashMap

采用分离锁技术，同步容器中，是一个容器一个锁，但在ConcurrentHashMap中，会将hash表的数组部分分成若干段，每段维护一个锁，以达到高效的并发访问；

迭代器弱一致性，迭代期间不会抛出ConcurrentModificationException异常；

size()、isEmpty()等方法返回的是一个近似值；

增加了若干原子操作方法，如putIfAbsent（没有改key，则添加）；