如何理解Java同步容器

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如何理解 Java 同步容器，针对这个问题，这篇文章详细介绍了相对应的分析和解答，希望可以帮助更多想解决这个问题的小伙伴找到更简单易行的方法。

ArrayList,HashSet,HashMap 都是线程非安全的, 在多线程环境下, 会导致线程安全问题, 所以在使用的时候需要进行同步, 这无疑增加了程序开发的难度。所以 JAVA 提供了同步容器。

同步容器

ArrayList === Vector,Stack

HashMap === HashTable(key,value 都不能为空)

Collections.synchronizedXXX(List,Set,Map)

Vector 实现 List 接口，底层和 ArrayList 类似，但是 Vector 中的方法都是使用 synchronized 修饰，即进行了同步的措施。但是，Vector 并不是线程安全的。

Stack 也是一个同步容器，也是使用 synchronized 进行同步，继承与 Vector，是数据结构中的，先进后出。

HashTable 和 HashMap 很相似，但 HashTable 进行了同步处理。

Collections 工具类提供了大量的方法，比如对集合的排序、查找等常用的操作。同时也通过了相关了方法创建同步容器类

Vector

package com.rumenz.task;
import java.util.List;
import java.util.Vector;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Semaphore;
// 线程安全
public class VectorExample1 {
 public static Integer clientTotal=5000;
 public static Integer thradTotal=200;
 private static List integer  list=new Vector ();
 public static void main(String[] args) throws Exception{ ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
 final Semaphore semaphore=new Semaphore(thradTotal);
 final CountDownLatch countDownLatch=new CountDownLatch(clientTotal);
 for (int i = 0; i   clientTotal; i++) {
 final Integer j=i;
 executorService.execute(()- {
 try { semaphore.acquire();
 update(j);
 semaphore.release();
 }catch (Exception e){ e.printStackTrace();
 }
 countDownLatch.countDown();
 });
 
 }
 countDownLatch.await();
 executorService.shutdown();
 System.out.println(size: +list.size());
 }
 private static void update(Integer j) { list.add(j);
 }
}

同步容器不一定就线程安全

package com.rumenz.task;
import scala.collection.convert.impl.VectorStepperBase;
import java.util.List;
import java.util.Vector;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Semaphore;
// 线程不安全
public class VectorExample2 {
 public static Integer clientTotal=5000;
 public static Integer threadTotal=200;
 private static List integer  list=new Vector();
 public static void main(String[] args) { ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
 final Semaphore semaphore=new Semaphore(threadTotal);
 for (int i = 0; i   threadTotal; i++) { list.add(i);
 }
 for (int i = 0; i   clientTotal; i++) {
 try{ semaphore.acquire();
 executorService.execute(()- { for (int j = 0; j   list.size(); j++) { list.remove(j);
 }
 });
 executorService.execute(()- { for (int j = 0; j   list.size(); j++) { list.get(j);
 }
 });
 semaphore.release();
 }catch (Exception e){ e.printStackTrace();
 }
 
 }
 executorService.shutdown();
 }
}

运行报错

Exception in thread  pool-1-thread-2  java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: Array index out of range: 36
 at java.util.Vector.get(Vector.java:751)
 at com.rumenz.task.VectorExample2.lambda$main$1(VectorExample2.java:38)
 at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1149)
 at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:624)
 at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

原因分析

Vector 是线程同步容器,size(),get(),remove() 都是被 synchronized 修饰的, 为什么会有线程安全问题呢?

get() 抛出的异常肯定是 remove() 引起的,Vector 能同时保证同一时刻只有一个线程进入, 但是:

// 线程 1
 executorService.execute(()- { for (int j = 0; j   list.size(); j++) { list.remove(j);
 }
// 线程 2
executorService.execute(()- { for (int j = 0; j   list.size(); j++) { list.get(j);
 }
});

线程 1 和线程 2 都执行完 list.size(), 都等于 200, 并且 j =100

线程 1 执行 list.remove(100) 操作,

线程 2 执行 list.get(100) 就会抛出数组越界的异常。

同步容器虽然是线程安全的, 但是不代表在任何环境下都是线程安全的。

HashTable

线程安全,key,value 都不能为 null。在修改数据时锁住整个 HashTable, 效率低下。初始 size=11。

package com.rumenz.task;
import java.util.Hashtable;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Semaphore;
// 线程安全
public class HashTableExample1 {
 public static Integer clientTotal=5000;
 public static Integer threadTotal=200;
 private static Map integer,integer  map=new Hashtable ();
 public static void main(String[] args) throws Exception { ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
 final Semaphore semaphore=new Semaphore(threadTotal);
 final CountDownLatch countDownLatch=new CountDownLatch(clientTotal);
 for (int i = 0; i   clientTotal; i++) {
 final Integer j=i;
 try{ semaphore.acquire();
 update(j);
 semaphore.release();
 }catch (Exception e){ e.printStackTrace();
 }
 countDownLatch.countDown();
 
 }
 countDownLatch.await();
 executorService.shutdown();
 System.out.println(size: +map.size());

 private static void update(Integer j) { map.put(j, j);
 }
//size:5000

Collections.synchronizedList 线程安全

package com.rumenz.task.Collections;
import com.google.common.collect.Lists;
import java.util.Collections;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Semaphore;
// 线程安全
public class synchronizedExample {
 public static Integer clientTotal=5000;
 public static Integer threadTotal=200;
 private static List integer  list=Collections.synchronizedList(Lists.newArrayList());
 public static void main(String[] args) throws Exception{ ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
 final Semaphore semaphore=new Semaphore(threadTotal);
 final CountDownLatch countDownLatch=new CountDownLatch(clientTotal);
 for (int i = 0; i   clientTotal; i++) {
 final Integer j=i;
 try{ semaphore.acquire();
 update(j);
 semaphore.release();
 }catch (Exception e){ e.printStackTrace();
 }
 countDownLatch.countDown();
 }
 countDownLatch.await();
 executorService.shutdown();
 System.out.println(size: +list.size());
 }
 private static void update(Integer j) { list.add(j);
 }
//size:5000

Collections.synchronizedSet 线程安全

package com.rumenz.task.Collections;
import com.google.common.collect.Lists;
import org.assertj.core.util.Sets;
import java.util.Collections;
import java.util.List;
import java.util.Set;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Semaphore;
// 线程安全
public class synchronizedSetExample {
 public static Integer clientTotal=5000;
 public static Integer threadTotal=200;
 private static Set integer  set=Collections.synchronizedSet(Sets.newHashSet());
 public static void main(String[] args) throws Exception{ ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
 final Semaphore semaphore=new Semaphore(threadTotal);
 final CountDownLatch countDownLatch=new CountDownLatch(clientTotal);
 for (int i = 0; i   clientTotal; i++) {
 final Integer j=i;
 try{ semaphore.acquire();
 update(j);
 semaphore.release();
 }catch (Exception e){ e.printStackTrace();
 }
 countDownLatch.countDown();
 }
 countDownLatch.await();
 executorService.shutdown();
 System.out.println(size: +set.size());
 }
 private static void update(Integer j) { set.add(j);
 }
//size:5000

Collections.synchronizedMap 线程安全

package com.rumenz.task.Collections;
import org.assertj.core.util.Sets;
import java.util.Collections;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Set;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Semaphore;
public class synchronizedMapExample {
 public static Integer clientTotal=5000;
 public static Integer threadTotal=200;
 private static Map integer,integer  map=Collections.synchronizedMap(new HashMap ());
 public static void main(String[] args) throws Exception{ ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
 final Semaphore semaphore=new Semaphore(threadTotal);
 final CountDownLatch countDownLatch=new CountDownLatch(clientTotal);
 for (int i = 0; i   clientTotal; i++) {
 final Integer j=i;
 try{ semaphore.acquire();
 update(j);
 semaphore.release();
 }catch (Exception e){ e.printStackTrace();
 }
 countDownLatch.countDown();
 }
 countDownLatch.await();
 executorService.shutdown();
 System.out.println(size: +map.size());
 }
 private static void update(Integer j) { map.put(j, j);
 }
//size:5000

Collections.synchronizedXXX 在迭代的时候, 需要开发者自己加上线程锁控制代码, 因为在整个迭代过程中循环外面不加同步代码, 在一次次迭代之间, 其他线程对于这个容器的 add 或者 remove 会影响整个迭代的预期效果, 这个时候需要在循环外面加上 synchronized(XXX)。

集合的删除

如果在使用 foreach 或 iterator 进集合的遍历，

尽量不要在操作的过程中进行 remove 等相关的更新操作。

如果非要进行操作，则可以在遍历的过程中记录需要操作元素的序号，

待遍历结束后方可进行操作，让这两个动作分开进行

package com.rumenz.task;
import com.google.common.collect.Lists;
import java.util.Collections;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;

 private static List integer  list=Collections.synchronizedList(Lists.newArrayList());
 public static void main(String[] args) { list.add(1);
 list.add(2);
 list.add(3);
 list.add(4);
 //del1();
 //del2();
 del3();
 }
 private static void del3() { for(Integer i:list){ if(i==4){ list.remove(i);
 }
 }
 }
 //Exception in thread  main  java.util.ConcurrentModificationException
 private static void del2() { Iterator integer  iterator = list.iterator();
 while (iterator.hasNext()){ Integer i = iterator.next();
 if(i==4){ list.remove(i);
 }
 }
 }
 //Exception in thread  main  java.util.ConcurrentModificationException
 private static void del1() { for (int i = 0; i   list.size(); i++) { if(list.get(i)==4){ list.remove(i);
 }
 }
 }
}

在单线程会出现以上错误，在多线程情况下，并且集合时共享的，出现异常的概率会更大，需要特别的注意。解决方案是希望在 foreach 或 iterator 时，对要操作的元素进行标记，待循环结束之后，在执行相关操作。

同步容器采用 synchronized 进行同步, 因此执行的性能会受到影响, 并且同步容器也并不一定会做到线程安全。

关于如何理解 Java 同步容器问题的解答就分享到这里了，希望以上内容可以对大家有一定的帮助，如果你还有很多疑惑没有解开，可以关注丸趣 TV 行业资讯频道了解更多相关知识。

正文完