简介
同步容器主要分两类，一种是vector这样的普通类，一种是通过collections的工厂方法创建的内部类
虽然很多人都对同步容器的性能低有偏见，但它也不是一无是处，在这里我们插播一条阿里巴巴的开发手册规范：
高并发时，同步调用应该去考量锁的性能损耗。能用无锁数据结构，就不要用锁；能锁区块，就不要锁整个方法体；能用对象锁，就不要用类锁。
可以看到，只有在高并发才会考虑到锁的性能问题，所以在一些小而全的系统中，同步容器还是有用武之地的（当然也可以考虑并发容器，后面章节再讨论）
一、什么是同步容器
定义：就是把容器类同步化，这样我们在并发中使用容器时，就不用手动同步，因为内部已经自动同步了
例子：比如vector就是一个同步容器类，它的同步化就是把内部的所有方法都上锁（有的重载方法没上锁，但是最终调用的方法还是有锁的）
源码：vector.add
// 通过synchronized为add方法上锁
public synchronized boolean add(e e) {
modcount++;
ensurecapacityhelper(elementcount + 1);
elementdata[elementcount++] = e;
return true;
}
同步容器主要分两类：
1.普通类：vector、stack、hashtable
2.内部类：collections创建的内部类，比如collections.synchronizedlist、 collections.synchronizedset等
那这两种有没有区别呢？
当然是有的，刚开始的时候(java1.0)只有第一种同步容器(vector等)
但是因为vector这种类太局气了，它就想着把所有的东西都弄过来自己搞(vector通过toarray转为己有,hashtable通过putall转为己有）；
源码：vector构造函数
public vector(collection<? extends e> c) {
// 这里通过toarray将传来的集合 转为己有
elementdata = c.toarray();
elementcount = elementdata.length;
// c.toarray might (incorrectly) not return object[] (see 6260652)
if (elementdata.getclass() != object[].class)
elementdata = arrays.copyof(elementdata, elementcount, object[].class);
}
所以就有了第二种同步容器类(通过工厂方法创建的内部容器类)，它就比较聪明了，它只是把原有的容器进行包装（通过this.list = list直接指向需要同步的容器)，然后局部加锁，这样一来，即生成了线程安全的类，又不用太费力；
源码：collections.synchronizedlist构造函数
synchronizedlist(list<e> list) {
super(list);
// 这里只是指向传来的list，不转为己有，后面的相关操作还是基于原有的list集合
this.list = list;
}
他们之间的区别如下：
| 两种同步容器的区别 | 普通类 | 内部类 |
| 锁的对象 | 不可指定，只能this | 可指定，默认this |
| 锁的范围 | 方法体（包括迭代） | 代码块（不包括迭代） |
| 适用范围 | 窄-个别容器 | 广-所有容器 |
这里我们重点说下锁的对象：
- 普通类锁的是当前对象this（锁在方法上，默认this对象）；
- 内部类锁的是mutex属性，这个属性默认是this，但是可以通过构造函数（或工厂方法）来指定锁的对象
源码：collections.synchronizedcollection构造函数
final collection<e> c; // backing collection
// 这个就是锁的对象
final object mutex; // object on which to synchronize
synchronizedcollection(collection<e> c) {
this.c = objects.requirenonnull(c);
// 初始化为 this
mutex = this;
}
synchronizedcollection(collection<e> c, object mutex) {
this.c = objects.requirenonnull(c);
this.mutex = objects.requirenonnull(mutex);
}
这里要注意一点就是，内部类的迭代器没有同步(vector的迭代器有同步），需要手动加锁来同步
源码：vector.itr.next 迭代方法（有上锁）
public e next() {
synchronized (vector.this) {
checkforcomodification();
int i = cursor;
if (i >= elementcount)
throw new nosuchelementexception();
cursor = i + 1;
return elementdata(lastret = i);
}
}
源码：collections.synchronizedcollection.iterator 迭代器（没上锁）
public iterator<e> iterator() {
// 这里会直接实现类的迭代器（比如arraylist，它里面的迭代器肯定是没上锁的）
return c.iterator(); // must be manually synched by user!
}
二、为什么要有同步容器
因为普通的容器类（比如arraylist)是线程不安全的，如果是在并发中使用，我们就需要手动对其加锁才会安全，这样的话就很麻烦；
所以就有了同步容器，它来帮我们自动加锁
下面我们用代码来对比下
线程不安全的类：arraylist
public class synccollectiondemo {
private list<integer> listnosync;
public synccollectiondemo() {
this.listnosync = new arraylist<>();
}
public void addnosync(int temp){
listnosync.add(temp);
}
public static void main(string[] args) throws interruptedexception {
synccollectiondemo demo = new synccollectiondemo();
// 创建10个线程
for (int i = 0; i < 10; i++) {
// 每个线程执行100次添加操作
new thread(()->{
for (int j = 0; j < 1000; j++) {
demo.addnosync(j);
}
}).start();
}
}
}
上面的代码看似没问题，感觉就算有问题也应该是插入的顺序比较乱（多线程交替插入）
但实际上运行会发现，可能会报错数组越界，如下所示：
原因有二：
因为arraylist.add操作没有加锁，导致多个线程可以同时执行add操作add操作时，如果发现list的容量不足，会进行扩容，但是由于多个线程同时扩容，就会出现扩容不足的问题
源码：arraylist.grow扩容
// 扩容方法
private void grow(int mincapacity) {
// overflow-conscious code
int oldcapacity = elementdata.length;
// 这里可以看到，每次扩容增加一半的容量
int newcapacity = oldcapacity + (oldcapacity >> 1);
if (newcapacity - mincapacity < 0)
newcapacity = mincapacity;
if (newcapacity - max_array_size > 0)
newcapacity = hugecapacity(mincapacity);
// mincapacity is usually close to size, so this is a win:
elementdata = arrays.copyof(elementdata, newcapacity);
}
可以看到，扩容是基于之前的容量进行的，因此如果多个线程同时扩容，那扩容基数就不准确了，结果就会有问题
线程安全的类：collections.synchronizedlist
/**
* <p>
* 同步容器类：为什么要有它
* </p>
*
* @author: javalover
* @time: 2021/5/3
*/
public class synccollectiondemo {
private list<integer> listsync;
public synccollectiondemo() {
// 这里包装一个空的arraylist
this.listsync = collections.synchronizedlist(new arraylist<>());
}
public void addsync(int j){
// 内部是同步操作: synchronized (mutex) {return c.add(e);}
listsync.add(j);
}
public static void main(string[] args) throws interruptedexception {
synccollectiondemo demo = new synccollectiondemo();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new thread(()->{
for (int j = 0; j < 100; j++) {
demo.addsync(j);
}
}).start();
}
timeunit.seconds.sleep(1);
// 输出1000
system.out.println(demo.listsync.size());
}
}
输出正确，因为现在arraylist被collections包装成了一个线程安全的类
这就是为啥会有同步容器的原因：因为同步容器使得并发编程时，线程更加安全
三、同步容器的优缺点
一般来说，都是先说优点，再说缺点
但是我们这次先说优点
优点：
- 并发编程中，独立操作是线程安全的，比如单独的add操作
缺点（是的，优点已经说完了）：
- 性能差，基本上所有方法都上锁，完美的诠释了“宁可错杀一千，不可放过一个”
- 复合操作，还是不安全，比如putifabsent操作（如果没有则添加）
- 快速失败机制，这种机制会报错提示
concurrentmodificationexception，一般出现在当某个线程在遍历容器时，其他线程恰好修改了这个容器的长度
为啥第三点是缺点呢？
因为它只能作为一个建议，告诉我们有并发修改异常，但是不能保证每个并发修改都会爆出这个异常
爆出这个异常的前提如下：
源码：vector.itr.checkforcomodification 检查容器修改次数
final void checkforcomodification() {
// modcount：容器的长度变化次数， expectedmodcount：期望的容器的长度变化次数
if (modcount != expectedmodcount)
throw new concurrentmodificationexception();
}
那什么情况下并发修改不会爆出异常呢？有两种：
1.遍历没加锁的情况：对于第二种同步容器(collections内部类)来说，假设线程a修改了modcount的值，但是没有同步到线程b，那么线程b遍历就不会发生异常（但实际上问题已经存在了，只是暂时没有出现）
2.依赖线程执行顺序的情况：对于所有的同步容器来说，假设线程b已经遍历完了容器，此时线程a才开始遍历修改，那么也不会发生异常
代码就不贴了，大家感兴趣的可以直接写几个线程遍历试试，多运行几次，应该就可以看到效果(不过第一种情况也是基于理论分析，实际代码我这边也没跑出来)
根据阿里巴巴的开发规范：不要在 foreach 循环里进行元素的 remove/add 操作。remove 元素请使用 iterator方式，如果并发操作，需要对 iterator 对象加锁。
这里解释下，关于list.remove和iterator.remove的区别
- iterator.remove：会同步修改expectedmodcount=modcount
- list.remove：只会修改modcount，因为expectedmodcount属于iterator对象的属性，不属于list的属性（但是也可以间接访问）
源码：arraylist.remove移除元素操作
public e remove(int index) {
rangecheck(index);
// 1. 这里修改了 modcount
modcount++;
e oldvalue = elementdata(index);
int nummoved = size - index - 1;
if (nummoved > 0)
system.arraycopy(elementdata, index+1, elementdata, index,
nummoved);
elementdata[--size] = null; // clear to let gc do its work
return oldvalue;
}
源码：arraylist.itr.remove迭代器移除元素操作
public void remove() {
if (lastret < 0)
throw new illegalstateexception();
checkforcomodification();
try {
// 1. 这里调用上面介绍的list.romove，修改modcount
arraylist.this.remove(lastret);
cursor = lastret;
lastret = -1;
// 2. 这里再同步更新 expectedmodcount
expectedmodcount = modcount;
} catch (indexoutofboundsexception ex) {
throw new concurrentmodificationexception();
}
}
由于同步容器的这些缺点，于是就有了并发容器（下期来介绍）
四、同步容器的使用场景
多用在并发编程，但是并发量又不是很大的场景，比如一些简单的个人博客系统（具体多少并发量算大，这个也是分很多情况而论的，并不是说每秒处理超过多少个请求，就说是高并发，还要结合吞吐量、系统响应时间等多个因素一起考虑）
具体点来说的话，有以下几个场景：
- 写多读少，这个时候同步容器和并发容器的性能差别不大（并发容器可以并发读）
- 自定义的复合操作，比如getlast等操作（putifabsent就算了，因为并发容器有默认提供这个复合操作）
- 等等
总结
什么是同步容器：就是把容器类同步化，这样我们在并发中使用容器时，就不用手动同步，因为内部已经自动同步了
为什么要有同步容器：因为普通的容器类（比如arraylist)是线程不安全的，如果是在并发中使用，我们就需要手动对其加锁才会安全，这样的话就很太麻烦；所以就有了同步容器，它来帮我们自动加锁
同步容器的优缺点：
优点 独立操作，线程安全
缺点 复合操作，还是不安全，性能差快速失败机制，只适合bug调试
同步容器的使用场景
多用在并发量不是很大的场景，比如个人博客、后台系统等
具体点来说，有以下几个场景：
- 写多读少：这个时候同步容器和并发容器差别不是很大
- 自定义复合操作：比如getlast等复合操作，因为同步容器都是单个操作进行上锁的，所以可以很方便地去拼接复合操作（记得外部加锁）
到此这篇关于java并发编程之同步容器的文章就介绍到这了,更多相关java同步容器内容请搜索www.887551.com以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持www.887551.com！
