1 Java中的集合

Java中的集合分为同步的集合(线程安全)和线程不安全的集合 例如 :

ArrayList和Vector的区别:

一.同步性:Vector是线程安全的,也就是说是同步的,而ArrayList是线程序不安全的,不是同步的

二.数据增长:当需要增长时,Vector默认增长为原来一倍,而ArrayList默认增长为原来的1.5倍

 

HashMap和Hashtable的区别  
一.历史原因:Hashtable是基于陈旧的Dictionary类的,HashMap是Java 1.2引进的Map接口的一个实现 

二.同步性:Hashtable是线程安全的,也就是说是同步的,效率低一些;而HashMap是线程序不安全的,不是同步的 效率高 

三.值: HashMap允许1个key为null 多个value为null  Hashtable key value都不能为null 

 

在Java的集合容器框架中,主要有四大类别:List、Set、Queue、Map。

List、Set、Queue接口分别继承了Collection接口,Map本身是一个接口。

注意Collection和Map是一个顶层接口,而List、Set、Queue则继承了Collection接口,分别代表数组、集合和队列这三大类容器。

像ArrayList、LinkedList都是实现了List接口,HashSet实现了Set接口,而Deque(双向队列,允许在队首、队尾进行入队和出队操作)继承了Queue接口,PriorityQueue实现了Queue接口。

另外LinkedList(实际上是双向链表)实现了了Deque接口。

像ArrayList、LinkedList、HashMap这些容器都是非线程安全的。

如果有多个线程并发地访问这些容器时,就会出现问题。

因此,在编写程序时,必须要求程序员手动地在任何访问到这些容器的地方进行同步处理,这样导致在使用这些容器的时候非常地不方便。

所以,Java提供了同步容器供用户使用。

 

在Java中,同步容器主要包括2类:

  1)Vector、Stack、HashTable

      Vector实现了List接口,Vector实际上就是一个数组,和ArrayList类似,但是Vector中的方法都是synchronized方法,即进行了同步措施。

  Stack也是一个同步容器,它的方法也用synchronized进行了同步,它实际上是继承于Vector类。

  HashTable实现了Map接口,它和HashMap很相似,但是HashTable进行了同步处理,而HashMap没有。

     关于HashMap可以参见  HashMap源码解析

 

  2)Collections类中提供的静态工厂方法创建的类

      Collections类是一个工具提供类,注意,它和Collection不同,Collection是一个顶层的接口。在Collections类中提供了大量的方法,

     比如对集合或者容器进行排序、查找等操作。最重要的是,在它里面提供了几个静态工厂方法来创建同步容器类,如下图所示:

      

java 线程安全 list 最大容量_线程安全

      这里面的采用了装饰模式<装饰模式>的思想,以synchronizedMap(Map<K,V> m)为例:   

1     public static <K,V> Map<K,V> synchronizedMap(Map<K,V> m) {
2         return new SynchronizedMap<K,V>(m);
3     }

     他返回了类型为SynchronizedMap的实例,而SynchronizedMap是COllections的一个内部类,他对原来对象的方法加上了synchronized关键字:

1  private static class SynchronizedMap<K,V> implements Map<K,V>, Serializable {//继承目标对象的类型
 2     
 3     private static final long serialVersionUID = 1978198479659022715L;
 4 
 5     private final Map<K,V> m;       // 被装饰的对象
 6     final  Object  mutex;           // 公共的锁
 7 
 8     SynchronizedMap(Map<K,V> m) {
 9             if (m==null)
10                 throw new NullPointerException();
11             this.m = m;
12             mutex = this;
13         }
14 
15     SynchronizedMap(Map<K,V> m, Object mutex) {
16             this.m = m;
17             this.mutex = mutex;
18     }
19 
20     public int size() {
21         synchronized(mutex) {return m.size();}  //使用synchronized对目标对象的方法进行增强
22     }
23     public boolean isEmpty(){
24         synchronized(mutex) {return m.isEmpty();}
25     }
26 
27     public V get(Object key) {
28         synchronized(mutex) {return m.get(key);}
29     }
30 
31     public V put(K key, V value) {
32         synchronized(mutex) {return m.put(key, value);}
33     }
34    //... ...
35  }

 

二 并发容器的问题

 

从同步容器的具体实现源码可知,同步容器中的方法采用了synchronized进行了同步,那么很显然,这必然会影响到执行性能,

另外,同步容器就一定是真正地完全线程安全吗?

 

1 传统的非同步容器和同步容器的性能差异,我们以ArrayList和Vector为例:

1 public class Test {
 2     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
 3         ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
 4         Vector<Integer> vector = new Vector<Integer>();
 5         long start = System.currentTimeMillis();
 6         for(int i=0;i<100000;i++)
 7             list.add(i);
 8         long end = System.currentTimeMillis();
 9         System.out.println("ArrayList进行100000次插入操作耗时:"+(end-start)+"ms");
10         start = System.currentTimeMillis();
11         for(int i=0;i<100000;i++)
12             vector.add(i);
13         end = System.currentTimeMillis();
14         System.out.println("Vector进行100000次插入操作耗时:"+(end-start)+"ms");
15     }
16 }

java 线程安全 list 最大容量_java 线程安全 list 最大容量_02

进行同样多的插入操作,Vector的耗时是ArrayList的两倍。 这只是其中的一方面性能问题上的反映。

另外,由于Vector中的add方法和get方法都进行了同步,因此,在有多个线程进行访问时,如果多个线程都只是进行读取操作,

那么每个时刻就只能有一个线程进行读取,其他线程便只能等待,这些线程必须竞争同一把锁。

因此为了解决同步容器的性能问题,在Java 1.5中提供了并发容器,位于java.util.concurrent目录下

 

 

2.同步容器真的是安全的吗?

也有有人认为Vector中的方法都进行了同步处理,那么一定就是线程安全的,事实上这可不一定。看下面这段代码:

1 public class Test {
 2     static Vector<Integer> vector = new Vector<Integer>();
 3     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
 4         while(true) {
 5             for(int i=0;i<10;i++)
 6                 vector.add(i);
 7             Thread thread1 = new Thread(){
 8                 public void run() {
 9                     for(int i=0;i<vector.size();i++)
10                         vector.remove(i);
11                 };
12             };
13             Thread thread2 = new Thread(){
14                 public void run() {
15                     for(int i=0;i<vector.size();i++)
16                         vector.get(i);
17                 };
18             };
19             thread1.start();
20             thread2.start();
21             while(Thread.activeCount()>10)   {
22                  
23             }
24         }
25     }
26 }


java 线程安全 list 最大容量_i++_03

正如大家所看到的,这段代码报错了:数组下标越界。

Vector是线程安全的,为什么还会报这个错?很简单,对于Vector,虽然能保证每一个时刻只能有一个线程访问它,但是不排除这种可能:

当某个线程在某个时刻执行这句时:

for(int i=0;i<vector.size();i++)
    vector.get(i);

 

 假若此时vector的size方法返回的是10,i的值为9

 然后另外一个线程执行了这句:

for(int i=0;i<vector.size();i++)

vector.remove(i);

将下标为9的元素删除了。

那么通过get方法访问下标为9的元素肯定就会出问题了。

因此为了保证线程安全,必须在方法调用端做额外的同步措施,如下面所示:

1 public class Test {
 2     static Vector<Integer> vector = new Vector<Integer>();
 3     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
 4         while(true) {
 5             for(int i=0;i<10;i++)
 6                 vector.add(i);
 7             Thread thread1 = new Thread(){
 8                 public void run() {
 9                     synchronized (Test.class) {   //进行额外的同步
10                         for(int i=0;i<vector.size();i++)
11                             vector.remove(i);
12                     }
13                 };
14             };
15             Thread thread2 = new Thread(){
16                 public void run() {
17                     synchronized (Test.class) {
18                         for(int i=0;i<vector.size();i++)
19                             vector.get(i);
20                     }
21                 };
22             };
23             thread1.start();
24             thread2.start();
25             while(Thread.activeCount()>10)   {
26                  
27             }
28         }
29     }
30 }

 

3. ConcurrentModificationException异常

  在对Vector等容器并发地进行迭代修改时,会报ConcurrentModificationException异常,关于这个异常将会在后续文章中讲述。

  但是在并发容器中不会出现这个问题。

 

注意:

当使用Iterator对集合元素进行迭代时,Iterator并不是把集合元素本身传给迭代变量,而是把集合元素的值传给了迭代变量。

所以迭代过程中修改了值 并不会影响到集合里的元素

当使用Iterator来访问Collection集合元素时,只有通过Iterator的remove方法删除(it.remove();)上一次next方法返回的集合元素。

如果通过集合方法删除 会引发java.util.ConcurrentModificationExcption异常。

----在使用迭代器遍历时不能够通过集合直接修改元素  而应该借助迭代器提供的方法

 

ConcurrentModificationException:

例如,某个线程在 Collection 上进行迭代时,通常不允许另一个线性修改该 Collection。

通常在这些情况下,迭代的结果是不确定的。如果检测到这种行为,一些迭代器实现(包括 JRE 提供的所有通用 collection 实现)可能选择抛出此异常。

执行该操作的迭代器称为快速失败 迭代器,因为迭代器很快就完全失败,而不会冒着在将来某个时间任意发生不确定行为的风险。

注意,此异常不会始终指出对象已经由不同 线程并发修改。如果单线程发出违反对象协定的方法调用序列,则该对象可能抛出此异常。

例如,如果线程使用快速失败迭代器在 collection 上迭代时直接修改该 collection,则迭代器将抛出此异常。

不积跬步无以至千里