為了方便編寫出線程安全的程序，Java里面提供了一些線程安全類和并發(fā)工具，比如：同步容器、并發(fā)容器、阻塞隊(duì)列等。

最常見的同步容器就是Vector和Hashtable了，那么，同步容器的所有操作都是線程安全的嗎？下面我們來一一分析這個(gè)問題。

同步容器

在Java中，同步容器主要包括2類：

• Vector、Stack、HashTable
• Collections類中提供的靜態(tài)工廠方法創(chuàng)建的類

我們以相對簡單的Vecotr來舉例，我們先來看下Vector中幾個(gè)重要方法的源碼：

public synchronized boolean add(E e) {
? ? modCount++;
? ? ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
? ? elementData[elementCount++] = e;
? ? return true;
}

public synchronized E remove(int index) {
? ? modCount++;
? ? if (index >= elementCount)
? ? ? ? throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
? ? E oldValue = elementData(index);

? ? int numMoved = elementCount - index - 1;
? ? if (numMoved > 0)
? ? ? ? System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?numMoved);
? ? elementData[--elementCount] = null; // Let gc do its work

? ? return oldValue;
}

public synchronized E get(int index) {
? ? if (index >= elementCount)
? ? ? ? throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);

? ? return elementData(index);
}

可以看到，Vector這樣的同步容器的所有公有方法全都是synchronized的，也就是說，我們可以在多線程場景中放心的使用單獨(dú)這些方法，因?yàn)檫@些方法本身的確是線程安全的。

但是，請注意上面這句話中，有一個(gè)比較關(guān)鍵的詞：單獨(dú)

因?yàn)?，雖然同步容器的所有方法都加了鎖，但是對這些容器的復(fù)合操作無法保證其線程安全性。需要客戶端通過主動加鎖來保證。

簡單舉一個(gè)例子，我們定義如下刪除Vector中最后一個(gè)元素方法：

public Object deleteLast(Vector v){
? ? int lastIndex ?= v.size()-1;
? ? v.remove(lastIndex);
}

上面這個(gè)方法是一個(gè)復(fù)合方法，包括 size(）和 remove()，看上去好像并沒有什么問題，無論是size()方法還是remove()方法都是線程安全的，那么整個(gè)deleteLast方法應(yīng)該也是線程安全的。

但是，如果多線程調(diào)用該方法的過程中，remove方法有可能拋出ArrayIndexOutOfBoundsException：

Exception in thread "Thread-1" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: Array index out of range: 879
? ? at java.util.Vector.remove(Vector.java:834)
? ? at com.hollis.Test.deleteLast(EncodeTest.java:40)
? ? at com.hollis.Test$2.run(EncodeTest.java:28)
? ? at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

我們上面貼了remove的源碼，我們可以分析得出：當(dāng)index >= elementCount時(shí)，會拋出ArrayIndexOutOfBoundsException ，也就是說，當(dāng)當(dāng)前索引值不再有效的時(shí)候，將會拋出這個(gè)異常。

因?yàn)閞emoveLast方法，有可能被多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行，當(dāng)線程2通過index()獲得索引值為10，在嘗試通過remove()刪除該索引位置的元素之前，線程1把該索引位置的值刪除掉了，這時(shí)線程一在執(zhí)行時(shí)便會拋出異常。

為了避免出現(xiàn)類似問題，可以嘗試加鎖：

public void deleteLast() {
? ? synchronized (v) {
? ? ? ? int index = v.size() - 1;
? ? ? ? v.remove(index);
? ? }
}

如上，我們在deleteLast中，對v進(jìn)行加鎖，即可保證同一時(shí)刻，不會有其他線程刪除掉v中的元素。

另外，如果以下代碼會被多線程執(zhí)行時(shí)，也要特別注意：

for (int i = 0; i < v.size(); i++) {
? ? v.remove(i);
}

由于，不同線程在同一時(shí)間操作同一個(gè)Vector，其中包括刪除操作，那么就同樣有可能發(fā)生線程安全問題。所以，在使用同步容器的時(shí)候，如果涉及到多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行刪除操作，就要考慮下是否需要加鎖。

同步容器的問題

前面說過了，同步容器直接保證單個(gè)操作的線程安全性，但是無法保證復(fù)合操作的線程安全，遇到這種情況時(shí)，必須要通過主動加鎖的方式來實(shí)現(xiàn)。

而且，除此之外，由于所有方法都加了鎖，這就導(dǎo)致多個(gè)線程訪問同一個(gè)容器的時(shí)候，只能進(jìn)行順序訪問，即使是不同的操作，也要排隊(duì)，如get和add要排隊(duì)執(zhí)行。這就大大的降低了容器的并發(fā)能力。

并發(fā)容器

針對前文提到的同步容器存在的并發(fā)度低問題，從Java5開始，java.util.concurent包下，提供了大量支持高效并發(fā)的訪問的集合類，我們稱之為并發(fā)容器。

針對前面提到的同步容器的復(fù)合操作的問題，一般在 Map 中發(fā)生的比較多，所以在ConcurrentHashMap中增加了對常用復(fù)合操作的支持，比如putIfAbsent()、replace()，這2個(gè)操作都是原子操作，可以保證線程安全。

另外，并發(fā)包中的CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet是Copy-On-Write的兩種實(shí)現(xiàn)。

Copy-On-Write容器即寫時(shí)復(fù)制的容器。通俗的理解是當(dāng)我們往一個(gè)容器添加元素的時(shí)候，不直接往當(dāng)前容器添加，而是先將當(dāng)前容器進(jìn)行Copy，復(fù)制出一個(gè)新的容器，然后新的容器里添加元素，添加完元素之后，再將原容器的引用指向新的容器。

CopyOnWriteArrayList中add/remove等寫方法是需要加鎖的，而讀方法是沒有加鎖的。

這樣做的好處是我們可以對CopyOnWrite容器進(jìn)行并發(fā)的讀，當(dāng)然，這里讀到的數(shù)據(jù)可能不是最新的。因?yàn)閷憰r(shí)復(fù)制的思想是通過延時(shí)更新的策略來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的最終一致性的，并非強(qiáng)一致性。

但是，作為代替Vector的CopyOnWriteArrayList并沒有解決同步容器的復(fù)合操作的線程安全性問題。

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