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Java并发同步容器和并发容器


 

同步容器类
 
同步容器类的创建
 
在早期的JDK中,有两种现成的实现,Vector和Hashtable,可以直接new对象获取;
 
在JDK1.2中,引入了同步封装类,可以由Collections.synchronizedXxxx等方法创建;
 
同步容器类的问题
 
同步容器类虽然都是线程安全的,但是在某些情况下(复合操作),仍然需要加锁来保护;
 
常见复合操作如下:
 
迭代:反复访问元素,直到遍历完全部元素;
跳转:根据指定顺序寻找当前元素的下一个(下n个)元素;
条件运算:例如若没有则添加等;
举个条件运算的例子,代码如下:
 
复制代码
package concurrency.old;
 
import java.util.Vector;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
 
//线程任务类,获取集合中的最后一个元素
class GetLast implements Runnable{
 
    private Vector<Integer> list;
    
    public GetLast(Vector<Integer> list) {
        this.list = list;
    }
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            try{
                Test.getLast(list);
            }catch(Exception e){
                e.printStackTrace();
                System.out.println(e.getMessage() + " --- in class GetLast");
                break;
            }
            
        }
        
    }
    
}
//线程任务类,删除&添加元素
class DeleteAndAdd implements Runnable{
 
    private Vector<Integer> list;
    
    public DeleteAndAdd(Vector<Integer> list) {
        this.list = list;
    }
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            try{
                Test.deleteAndAdd(list);
            }catch(Exception e){
                e.printStackTrace();
                System.out.println(e.getMessage() + " --- in class DeleteAndAdd");
                break;
            }
            
        }
        
    }
    
}
public class Test {
 
    //获取最后一个元素
    public static  Integer getLast(Vector<Integer> list){
        //这里根据list.size()得到最后一个元素的索引
        //换句话说,这条语句已经检查认为在集合list中存在索引为list.size() - 1的元素
        int lastIndex = list.size() - 1;
        
        if(lastIndex < 0) return null;
        
        //返回指定索引处的元素
        return list.get(lastIndex);
    }
    
    //删除元素,添加元素
    public static  void deleteAndAdd(Vector<Integer> list){
        int lastIndex = list.size() - 1;
        if(lastIndex < 0) return;
        list.remove(lastIndex);
        list.add(3);
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        Vector<Integer> vector = new Vector<Integer>();
        vector.add(1);
        vector.add(2);
        
        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
        
        GetLast gl = new GetLast(vector);
        DeleteAndAdd daa = new DeleteAndAdd(vector);
        
        exec.execute(gl);
        exec.execute(daa);
        
    }
}
复制代码
运行以上程序,很快发现在getLast中抛出了java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException异常,原因在于getLast方法不是原子操作,调用size方法和get方法之间,其它线程执行了remove操作,导致容器大小变小,索引访问越界,抛出异常。
 
若想得到正确结果,可修改代码,对getLast和deleteAndAdd方法里的操作加锁(因为Vector内部是通过自身对象作为锁的,所以这里同样以Vector对象作为锁),使之成为原子操作,如下代码:
 
复制代码
    //获取最后一个元素
    public static  Integer getLast(Vector<Integer> list){
        synchronized(list){
            //这里根据list.size()得到最后一个元素的索引
            //换句话说,这条语句已经检查认为在容器list中存在索引为list.size() - 1的元素
            int lastIndex = list.size() - 1;
            
            if(lastIndex < 0) return null;
            
            //返回指定索引处的元素
            return list.get(lastIndex);
        }
    }
    
    //删除元素,添加元素
    public static  void deleteAndAdd(Vector<Integer> list){
        synchronized(list){
            int lastIndex = list.size() - 1;
            if(lastIndex < 0) return;
            list.remove(lastIndex);
            list.add(3);
        }
    }
复制代码
另外,在对vector的元素遍历时(for循环方式),其它线程删除了容器中的一个元素,也会抛出异常java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException异常,原因与上面提到的getLast方法一样,在访问最后一个元素的时候越界了;
 
        for(int i = 0; i < vector.size(); i++){
            System.out.println(vector.get(i));
        }
一个可行的修改方式同样是对容器加锁,但代价较大,导致其它线程在迭代期间不能访问容器,降低了并发性;
 
        synchronized(vector){
            for(int i = 0; i < vector.size(); i++){
                System.out.println(vector.get(i));
            }
        }
 迭代器及快速失败机制
 
同步容器与非同步容器一样,在迭代期间,若其它线程并发修改该容器,会抛出ConcurrentModificationException异常,即快速失败机制,之前有写过相关内容,详见下面链接:
 
http://www.cnblogs.com/chenpi/p/5270990.html
 
通过在容器迭代期间对容器加锁来解决该问题是一种方式,但并发性差,当容器规模大时,更加严重,而且还可能产生死锁问题;一种更优的解决方式,如上面链接里提到的,采用克隆容器(CopyOnWriteArrayList等),在副本上进行操作,但存在显著的性能开销,需要拷贝数组等操作,这种方式的好坏要看具体需求,如容器大小,执行的具体操作,调用频率等,一般当迭代操作远多于修改操作时,比较适用克隆容器;
 
另外,在集合中,有一些隐藏的迭代操作,如toString,equals,hashCode等方法,使用时需注意,也可能会抛出ConcurrentModificationException异常;
 
并发容器
 
同步容器对所有容器状态的访问都串行化,严重降低了并发性;当多个线程竞争锁时,吞吐量严重下降;
 
java5.0之后提供了多种并发容器来改善同步容器的性能,如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList、CopyOnWriteArraySet、ConcurrentSkipListMap等;
 
这里主要看下ConcurrentHashMap;
 
ConcurrentHashMap
 
采用分离锁技术,同步容器中,是一个容器一个锁,但在ConcurrentHashMap中,会将hash表的数组部分分成若干段,每段维护一个锁,以达到高效的并发访问;
 
迭代器弱一致性,迭代期间不会抛出ConcurrentModificationException异常;
 
size()、isEmpty()等方法返回的是一个近似值;
 
增加了若干原子操作方法,如putIfAbsent(没有改key,则添加);