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JAVA同步容器和并发容器
阅读量:6809 次
发布时间:2019-06-26

本文共 4373 字,大约阅读时间需要 14 分钟。

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:

  1. 迭代:反复访问元素,直到遍历完全部元素;
  2. 跳转:根据指定顺序寻找当前元素的下一个(下n个)元素;
  3. 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:

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
list; public GetLast(Vector
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
list; public DeleteAndAdd(Vector
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
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
list){ int lastIndex = list.size() - 1; if(lastIndex < 0) return; list.remove(lastIndex); list.add(3); } public static void main(String[] args) { Vector
vector = new Vector
(); 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); }}

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:

//获取最后一个元素    public static  Integer getLast(Vector
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
list){ synchronized(list){ int lastIndex = list.size() - 1; if(lastIndex < 0) return; list.remove(lastIndex); list.add(3); } }

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:

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);

转载地址:http://bptwl.baihongyu.com/

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