集合与同步集合的比较
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关于集合、同步集合
集合框架中的集合、映射，一般都不是线程安全的，而实现线程安全也有几种方式。
List
List相关的有：
- Vector：线程安全（但不推荐使用）；
- ArrayList、LinkedList：线程不安全；
- SynchronizedList：线程安全，Collections子类实现；
- CopyOnWriteArrayList：线程安全，采用修改copy的方法解决同步问题；
为什么不推荐 Vector（和Stack）
- （Stack 继承于 Vector）都使用“synchronized”修饰方法（包括读操作），实现同步；
因为：
- 对于不需要同步的场景：ArrayList和Vector操作没有区别，但没有锁开销；
- 对于需要同步的场景：Vector 对操作方法加锁，却没有对迭代器操作加锁；
- 通常需要同步一个整个序列的操作，同步单个操作是不安全的。
- 如：在Vector上进行迭代操作，仍然需要手动加一个锁，以避免其他人同时更改集合，否则将导致“ConcurrentModificationException”；
SynchronizedList 与 CopyOnWriteArrayList
SynchronizedList
部分源码：
static class SynchronizedList<E> extends SynchronizedCollection<E> implements List<E> {
...
SynchronizedList(List<E> list) {
super(list);
this.list = list;
}
SynchronizedList(List<E> list, Object mutex) {
super(list, mutex);
this.list = list;
}
...
public E get(int index) {
synchronized (mutex) {return list.get(index);}
}
public void add(int index, E element) {
synchronized (mutex) {list.add(index, element);}
}
public E remove(int index) {
synchronized (mutex) {return list.remove(index);}
}
...
public ListIterator<E> listIterator() {
return list.listIterator(); // Must be manually synched by user
}
public ListIterator<E> listIterator(int index) {
return list.listIterator(index); // Must be manually synched by user
}
由源码可以看出：
- 继承于“SynchronizedCollection”，都是使用Synchronized锁住了对象的同步变量（对整个对象加锁）；
- synchronizedList是将List集合作为参数来创建的synchronizedList集合；
- 采用内部锁（synchronized）开销大（依赖于Java版本对synchronized优化了）；
- 迭代器（ListIterator）方法却没有加锁处理；
CopyOnWriteArrayList
部分源码：
public class CopyOnWriteArrayList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
/** The array, accessed only via getArray/setArray. */
private volatile transient Object[] array;//保证了线程的可见性
...
@SuppressWarnings("unchecked")
private E get(Object[] a, int index) {
return (E) a[index];
}
...
public void add(int index, E element) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
if (index > len || index < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+", Size: "+len);
Object[] newElements;
int numMoved = len - index;
if (numMoved == 0)
newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1); //copy一份比当前数组长度+1的array数组
else {
newElements = new Object[len + 1]; //将add的参数赋值
System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
System.arraycopy(elements, index, newElements, index + 1, numMoved);
}
newElements[index] = element;
setArray(newElements); //将原数组指向新的数组
} finally {
lock.unlock();
}
}
public E remove(int index) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
E oldValue = get(elements, index);
int numMoved = len - index - 1;
if (numMoved == 0)
setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1)); //copy一份比当前数组长度-1的array数组
else {
Object[] newElements = new Object[len - 1];
System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index, numMoved);
setArray(newElements); //将原数组指向新的数组
}
return oldValue;
} finally {
lock.unlock();
}
}
/**
* 将原数组指向新的数组
*/
final void setArray(Object[] a) {
array = a;
}
由其源码可以看出：
- 执行add方法和remove方法的时候，分别创建了一个当前数组长度+1和-1的数组，将数据copy到新数组中，然后执行修改操作。修改完之后调用setArray方法来指向新的数组。
- 使用“ReentrantLock”对修改操作代码块加锁；
- 并且使用volatile修饰数组来保证修改后的可见性；
- 其迭代器（实现了Iterator的内部类COWIterator）方法也实现了同步（依旧采用 ReentrantLock）；
对比
二者主要区别在于实现：
| SynchronizedList | CopyOnWriteArrayList | |
|---|---|---|
| 对比 |
|
|
Map
Map 相关的有：
- HashMap、TreeMap、SortedMap、LinkedHashMap：线程不安全；
- Hashtable：线程安全（但不推荐使用）；
- synchronizedMap：线程安全，Collections子类实现；
- ConcurrentHashMap：线程安全，采用修改copy的方法解决同步问题；
为什么不推荐 HashTable
- 使用“synchronized”修饰方法（包括读操作），实现同步；
因为：
- 对于不需要同步的场景：HashMap没有锁开销更适用；
- 对于需要同步的场景：ConcurrentHashMap的锁粒度更低更合适；
- Hashtable继承了被弃用的父类“Dictionary”；
- Dictionary：除了常规的get，put请求外，还提供了一些遍历的方法，返回的是“Enumeration”类型（Enumeration接口，已经被功能更多更方便的Iterator替换了）
- HashTable的 K，V 都不能是null；
synchronizedMap 与 ConcurrentHashMap
synchronizedMap
部分源码：
略（关键点与“SynchronizedList ”类似）
- synchronizedMap：（与“SynchronizedList”类似）
使用内部锁（Synchronized）修饰每一个方法，锁住的是整个Table对象；- 关于“锁住整个对象”，是因为“使用Synchronized锁住了对象的同步变量”，而非单纯用Synchronized修饰方法：（Synchronized关键字的使用）
private static class SynchronizedMap<K,V> implements Map<K,V>, Serializable { final Object mutex; // Object on which to synchronize ... public V put(K key, V value) { synchronized (mutex) {return m.put(key, value);} }
- 其对象集的迭代器“Iterator”操作不加锁；
- synchronizedMap 的“entrySet()”方法返回的是“SynchronizedSet<E>”；
- “SynchronizedSet”（、“SynchronizedList”）继承自“SynchronizedCollection”，其迭代器“Iterator”操作并不加锁；
ConcurrentHashMap
部分源码：
public class ConcurrentHashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements ConcurrentMap<K,V>, Serializable {
public V get(Object key) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> e, p; int n, eh; K ek;
int h = spread(key.hashCode());
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null) {
if ((eh = e.hash) == h) {
if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))
return e.val;
}
else if (eh < 0)
return (p = e.find(h, key)) != null ? p.val : null;
while ((e = e.next) != null) {
if (e.hash == h &&
((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))))
return e.val;
}
}
return null;
}
public V put(K key, V value) {
return putVal(key, value, false);
}
/** Implementation for put and putIfAbsent */
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
int hash = spread(key.hashCode());
int binCount = 0;
for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
Node<K,V> f;
int n, i, fh;
if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
tab = initTable();
else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
if (casTabAt(tab, i, null,
new Node<K,V>(hash, key, value, null)))
break; // no lock when adding to empty bin
}
else if ((fh = f.hash) == MOVED)
tab = helpTransfer(tab, f);
else {
V oldVal = null;
synchronized (f) {
if (tabAt(tab, i) == f) {
...
}
else if (f instanceof TreeBin) {
...
}
}
}
if (binCount != 0) {
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
treeifyBin(tab, i);
if (oldVal != null)
return oldVal;
break;
}
}
}
addCount(1L, binCount);
return null;
}
- ConcurrentHashMap 实现了更细粒度的加锁：
- 在JDK1.8之前，采用分段锁（“Segment”）：每个Segment含有整个table的一部分，这样不同分段之间的并发操作就互不影响（实际就是对桶加锁）；
- JDK1.8之后，取消了Segment字段，采用行锁：直接在table元素上加锁，实现对每一行进行加锁，进一步减小了并发冲突的概率；
- 读不加锁，写操作加锁；
- volatile关键字已经足以保证线程在读取数据时不会读取到脏数据，所以没有加锁的必要；
对比
| synchronizedMap | ConcurrentHashMap | |
|---|---|---|
| 对比 |
|
|