集合与同步集合的比较

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：

1. Vector：线程安全（但不推荐使用）；
2. ArrayList、LinkedList：线程不安全；
3. SynchronizedList：线程安全，Collections子类实现；
4. 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）

因为：

1. 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；
2. 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

二者主要区别在于实现

1. 同步的方式不一样（操作加锁；修改复制、操作加锁）；
2. 使用的锁不一样（内部锁、ReentrantLock）；
3. 迭代器方法是否同步；

SynchronizedList 部分源码：

        public int indexOf(Object o) {
            synchronized (mutex) {return list.indexOf(o);}
        }
        public int lastIndexOf(Object o) {
            synchronized (mutex) {return list.lastIndexOf(o);}
        }

        public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
            synchronized (mutex) {return list.addAll(index, c);}
        }

        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：

• synchronizedList是将List集合作为参数来创建的synchronizedList集合；
• 采用内部锁（synchronized）的方法，所开销大（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：

    /** The array, accessed only via getArray/setArray. */  
    private volatile transient Object[] array;//保证了线程的可见性  

    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可重入锁来保证同步；
• 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）；

Map

Map 相关的有：

1. HashMap、TreeMap、SortedMap、LinkedHashMap：线程不安全；
2. Hashtable：线程安全（但不推荐使用）；
3. synchronizedMap：线程安全，Collections子类实现；
4. 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

因为：

1. 对于不需要同步的场景：HashMap没有锁开销更适用；
2. 对于需要同步的场景：和synchronizedMap实现的功能一样，却不能有null；
3. 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

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);}
    }

• 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

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；

对比

对比

synchronizedMap	ConcurrentHashMap
同步整个对象，只有一把锁 对整个对象加锁：只允许同一时间内至多一个线程操作整个Map 读写操作都需要加锁 SynchronizedHashMap会返回“Iterator”，当遍历时进行修改会抛出异常“ConcurrentModificationException”	不同步整个Map，使用多个锁实现 只对哈希表的某一个key加锁（或分段加锁） 读不加锁，写操作加锁 在对象层次上不存在锁（即不会阻塞线程） ConcurrentHashMap不会抛出“ConcurrentModificationException”，即使一个线程在遍历的同时，另一个线程尝试进行修改