【Java集合】之同步容器

素颜马尾好姑娘i 2023-02-23 03:38 16阅读 0赞

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、阻塞队列等。

最常见的同步容器就是Vector和Hashtable了，那么，同步容器的所有操作都是线程安全的吗？下面我们来一一分析这个问题。

## 同步容器 ##

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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

我们以相对简单的Vecotr来举例，我们先来看下Vector中几个重要方法的源码：

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这样的同步容器的所有公有方法全都是synchronized的，也就是说，我们可以在多线程场景中放心的使用单独这些方法，因为这些方法本身的确是线程安全的。

但是，请注意上面这句话中，有一个比较关键的词：单独

**因为，虽然同步容器的所有方法都加了锁，但是对这些容器的复合操作无法保证其线程安全性。需要客户端通过主动加锁来保证。**

简单举一个例子，我们定义如下删除Vector中最后一个元素方法：

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

上面这个方法是一个复合方法，包括 size(）和 remove()，看上去好像并没有什么问题，无论是size()方法还是remove()方法都是线程安全的，那么整个deleteLast方法应该也是线程安全的。

但是，如果多线程调用该方法的过程中，remove方法有可能抛出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)

我们上面贴了remove的源码，我们可以分析得出：当index >= elementCount时，会抛出ArrayIndexOutOfBoundsException ，也就是说，当当前索引值不再有效的时候，将会抛出这个异常。

因为removeLast方法，有可能被多个线程同时执行，当线程2通过index()获得索引值为10，在尝试通过remove()删除该索引位置的元素之前，线程1把该索引位置的值删除掉了，这时线程一在执行时便会抛出异常。

为了避免出现类似问题，可以尝试加锁：

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

如上，我们在deleteLast中，对v进行加锁，即可保证同一时刻，不会有其他线程删除掉v中的元素。

另外，如果以下代码会被多线程执行时，也要特别注意：

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

由于，不同线程在同一时间操作同一个Vector，其中包括删除操作，那么就同样有可能发生线程安全问题。**所以，在使用同步容器的时候，如果涉及到多个线程同时执行删除操作，就要考虑下是否需要加锁。**

## 同步容器的问题 ##

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前面说过了，同步容器直接保证单个操作的线程安全性，但是无法保证复合操作的线程安全，遇到这种情况时，必须要通过主动加锁的方式来实现。

而且，除此之外，**由于所有方法都加了锁，这就导致多个线程访问同一个容器的时候，只能进行顺序访问，即使是不同的操作，也要排队，如get和add要排队执行**。这就大大的降低了容器的并发能力。