java併發問題，java併發容器解決全局變量的併發問題

　爲了方便編寫出線程安全的程序，Java裏面提供了一些線程安全類和併發工具，好比：同步容器、併發容器、阻塞隊列、Synchronizer（好比CountDownLatch）。今天咱們就來討論下同步容器。

　　一.爲何會出現同步容器？

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

　　List、Set、Queue接口分別繼承了Collection接口，Map自己是一個接口。

　　注意Collection和Map是一個頂層接口，而List、Set、Queue則繼承了Collection接口，分別表明數組、集合和隊列這三大類容器。 

　　像ArrayList、LinkedList都是實現了List接口，HashSet實現了Set接口，而Deque（雙向隊列，容許在隊首、隊尾進行入隊和出隊操做）繼承了Queue接口，PriorityQueue實現了Queue接口。另外LinkedList（其實是雙向鏈表）實現了了Deque接口。

　　像ArrayList、LinkedList、HashMap這些容器都是非線程安全的。

　　若是有多個線程併發地訪問這些容器時，就會出現問題。

　　所以，在編寫程序時，必需要求程序員手動地在任何訪問到這些容器的地方進行同步處理，這樣致使在使用這些容器的時候很是地不方便。

　　因此，Java提供了同步容器供用戶使用。

　　二.Java中的同步容器類

　在Java中，同步容器主要包括2類：

　　1）Vector、Stack、HashTable、ConcurrentHashMap

　　2）Collections類中提供的靜態工廠方法建立的類

　　Vector實現了List接口，Vector實際上就是一個數組，和ArrayList相似，可是Vector中的方法都是synchronized方法，即進行了同步措施。

　　Stack也是一個同步容器，它的方法也用synchronized進行了同步，它其實是繼承於Vector類。

　　HashTable實現了Map接口，它和HashMap很類似，可是HashTable進行了同步處理，而HashMap沒有。

       Hashtable和ConcurrentHashMap有什麼分別呢？它們均可以用於多線程的環境，可是當Hashtable的大小增長到必定的時候，性能會急劇降低，由於迭代時須要被鎖定很長的時間。由於ConcurrentHashMap引入了分割(segmentation)，不論它變得多麼大，僅僅須要鎖定map的某個部分，而其它的線程不須要等到迭代完成才能訪問map。簡而言之，在迭代的過程當中，ConcurrentHashMap僅僅鎖定map的某個部分，而Hashtable則會鎖定整個map。

　　Collections類是一個工具提供類，注意，它和Collection不一樣，Collection是一個頂層的接口。在Collections類中提供了大量的方法，好比對集合或者容器進行排序、查找等操做。最重要的是，在它裏面提供了幾個靜態工廠方法來建立同步容器類，以下圖所示：

　　三.同步容器的缺陷

　從同步容器的具體實現源碼可知，同步容器中的方法採用了synchronized進行了同步，那麼很顯然，這必然會影響到執行性能，另外，同步容器就必定是真正地徹底線程安全嗎？不必定，這個在下面會講到。

　　咱們首先來看一下傳統的非同步容器和同步容器的性能差別，咱們以ArrayList和Vector爲例：

1.性能問題

　　咱們先經過一個例子看一下Vector和ArrayList在插入數據時性能上的差別：

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
        Vector<Integer> vector = new Vector<Integer>();
        long start = System.currentTimeMillis();
        for(int i=0;i<100000;i++)
            list.add(i);
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("ArrayList進行100000次插入操做耗時："+(end-start)+"ms");
        start = System.currentTimeMillis();
        for(int i=0;i<100000;i++)
            vector.add(i);
        end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("Vector進行100000次插入操做耗時："+(end-start)+"ms");
    }
}

這段代碼在我機器上跑出來的結果是：

進行一樣多的插入操做，Vector的耗時是ArrayList的兩倍。

　　這只是其中的一方面性能問題上的反映。

　　另外，因爲Vector中的add方法和get方法都進行了同步，所以，在有多個線程進行訪問時，若是多個線程都只是進行讀取操做，那麼每一個時刻就只能有一個線程進行讀取，其餘線程便只能等待，這些線程必須競爭同一把鎖。

　　所以爲了解決同步容器的性能問題，在Java 1.5中提供了併發容器，位於java.util.concurrent目錄下，併發容器的相關知識將在下一篇文章中講述。

2.同步容器真的是安全的嗎？

　　也有有人認爲Vector中的方法都進行了同步處理，那麼必定就是線程安全的，事實上這可不必定。看下面這段代碼：

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() {
                    for(int i=0;i<vector.size();i++)
                        vector.remove(i);
                };
            };
            Thread thread2 = new Thread(){
                public void run() {
                    for(int i=0;i<vector.size();i++)
                        vector.get(i);
                };
            };
            thread1.start();
            thread2.start();
            while(Thread.activeCount()>10)   {
                 
            }
        }
    }
}

在我機器上運行的結果：

正如你們所看到的，這段代碼報錯了：數組下標越界。

　　也許有朋友會問：Vector是線程安全的，爲何還會報這個錯？很簡單，對於Vector，雖然能保證每個時刻只能有一個線程訪問它，可是不排除這種可能：

　　當某個線程在某個時刻執行這句時：

for(int i=0;i<vector.size();i++)
    vector.get(i);

倘若此時vector的size方法返回的是10，i的值爲9，而後另一個線程執行了這句：

for(int i=0;i<vector.size();i++)
    vector.remove(i);

       將下標爲9的元素刪除了。

　　那麼經過get方法訪問下標爲9的元素確定就會出問題了。

　　所以爲了保證線程安全，必須在方法調用端作額外的同步措施，以下面所示：

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) {   //進行額外的同步
                        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異常

　　在對Vector等容器併發地進行迭代修改時，會報ConcurrentModificationException異常，關於這個異常將會在後續文章中講述。

　　可是在併發容器中不會出現這個問題。

最後貼一個ArrayList轉Vector的代碼

//示例
Vector v = new Vector();
ArrayList ar = new ArrayList();
Collections.copy(ar, v);

　　資料：

　　《深刻理解Java虛擬機》

　　《Java併發編程實戰》

　　http://thinkgeek.diandian.com/post/2012-03-24/17905694

　　http://blog.csdn.net/cutesource/article/details/5780740