面試官問我同步容器（如Vector）的全部操做必定是線程安全的嗎？我懵了！

GitHub 7.7k Star 的Java工程師成神之路 ，不來了解一下嗎?

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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、阻塞隊列等。

最多見的同步容器就是Vector和Hashtable了，那麼，同步容器的全部操做都是線程安全的嗎？

這個問題不知道你有沒有想過，本文就來深刻分析一下這個問題，一個很容易被忽略的問題。

Java中的同步容器

在Java中，同步容器主要包括2類：

• 一、Vector、Stack、HashTable
• 二、Collections類中提供的靜態工廠方法建立的類

本文拿相對簡單的Vecotr來舉例，咱們先來看下Vector中幾個重要方法的源碼：

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);
}
複製代碼

能夠看到，Vector這樣的同步容器的全部公有方法全都是synchronized的，也就是說，咱們能夠在多線程場景中放心的使用單獨這些方法，由於這些方法自己的確是線程安全的。

可是，請注意上面這句話中，有一個比較關鍵的詞：單獨

由於，雖然同步容器的全部方法都加了鎖，可是對這些容器的複合操做沒法保證其線程安全性。須要客戶端經過主動加鎖來保證。

簡單舉一個例子，咱們定義以下刪除Vector中最後一個元素方法：

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

上面這個方法是一個複合方法，包括size(）和remove()，乍一看上去好像並無什麼問題，不管是size()方法仍是remove()方法都是線程安全的，那麼整個deleteLast方法應該也是線程安全的。

可是時，若是多線程調用該方法的過程當中，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)
複製代碼

咱們上面貼了remove的源碼，咱們能夠分析得出：當index >= elementCount時，會拋出ArrayIndexOutOfBoundsException ，也就是說，噹噹前索引值再也不有效的時候，將會拋出這個異常。

由於removeLast方法，有可能被多個線程同時執行，當線程2經過index()得到索引值爲10，在嘗試經過remove()刪除該索引位置的元素以前，線程1把該索引位置的值刪除掉了，這時線程一在執行時便會拋出異常。



爲了不出現相似問題，能夠嘗試加鎖：

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

如上，咱們在deleteLast中，對v進行加鎖，便可保證同一時刻，不會有其餘線程刪除掉v中的元素。

另外，若是如下代碼會被多線程執行時，也要特別注意：

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

因爲，不一樣線程在同一時間操做同一個Vector，其中包括刪除操做，那麼就一樣有可能發生線程安全問題。因此，在使用同步容器的時候，若是涉及到多個線程同時執行刪除操做，就要考慮下是否須要加鎖。

同步容器的問題

前面說過了，同步容器直接保證耽擱操做的線程安全性，可是沒法保證複合操做的線程安全，遇到這種狀況時，必需要經過主動加鎖的方式來實現。

並且，除此以外，同步容易因爲對其全部方法都加了鎖，這就致使多個線程訪問同一個容器的時候，只能進行順序訪問，即便是不一樣的操做，也要排隊，如get和add要排隊執行。這就大大的下降了容器的併發能力。

併發容器

針對前文提到的同步容器存在的併發度低問題，從Java5開始，java.util.concurent包下，提供了大量支持高效併發的訪問的集合類，咱們稱之爲併發容器。



針對前文提到的同步容器的複合操做的問題，通常在Map中發生的比較多，因此在ConcurrentHashMap中增長了對經常使用複合操做的支持，好比"若沒有則添加"：putIfAbsent()，替換：replace()。這2個操做都是原子操做，能夠保證線程安全。

另外，併發包中的CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet是Copy-On-Write的兩種實現。

Copy-On-Write容器即寫時複製的容器。通俗的理解是當咱們往一個容器添加元素的時候，不直接往當前容器添加，而是先將當前容器進行Copy，複製出一個新的容器，而後新的容器裏添加元素，添加完元素以後，再將原容器的引用指向新的容器。

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

這樣作的好處是咱們能夠對CopyOnWrite容器進行併發的讀，固然，這裏讀到的數據可能不是最新的。由於寫時複製的思想是經過延時更新的策略來實現數據的最終一致性的，並不是強一致性。

可是，做爲代替Vector的CopyOnWriteArrayList並無解決同步容器的複合操做的線程安全性問題。

總結

本文介紹了同步容器和併發容器。

同步容器是經過加鎖實現線程安全的，而且只能保證單獨的操做是線程安全的，沒法保證複合操做的線程安全性。而且同步容器的讀和寫操做之間會互相阻塞。

併發容器是Java 5中提供的，主要用來代替同步容器。有更好的併發能力。並且其中的ConcurrentHashMap定義了線程安全的複合操做。

在多線程場景中，若是使用併發容器，必定要注意複合操做的線程安全問題。必要時候要主動加鎖。

在併發場景中，建議直接使用java.util.concurent包中提供的容器類，若是須要複合操做時，建議使用有些容器自身提供的複合方法。