Java的多线程之线程安全的集合

一、线程安全的集合

如果多线程要并发地修改一个数据结构，例如散列表，那么很容易会破坏这个数据结构。例如，一个线程可能要向表中插入一个新元素。加入在调整散列表各个桶之间的链接关系的过程中，被剥夺了控制权。如果另一个线程也开始遍历同一个链表，可能使无效的链接并造成混乱，会抛出异常或陷入死循环。

可以通过提供锁来保护共享数据结构，但是选择线程安全的实现作为替代可能更容易些。阻塞队列就是线程安全的集合。

1>高效的映射表、集合和队列

java.util.concurrent包提供了映射表、有序表和队列的高效实现：ConcurrentHashMap、ConcurrentSkipListMap、ConcurrentSkipListSet和ConcurrentLinkedQueue。

这些集合使用复杂的算法，通过允许并发地访问数据结构的不同部分来使竞争极小化。

与大多数集合不同，size方法不必再常量时间内操作。确定这样的集合当前的大小通常需要遍历。

集合返回弱一致性的迭代器。这意味着迭代器不一定能反映出它们被构造之后的所有的修改，但是，它们不会被同一值返回两次，也不会抛出ConcurrentModificationException异常。

注：与之形成对照的是，集合如果在迭代器构造之后发生改变，java.util包中的迭代器将抛出ConcurrentModificationException异常。

并发的散列映射表，可高效地支持大量的读者和一定数量的写者。默认情况下，假定可以有多达16个写者线程同时执行。可以有更多的写者线程，但是，如果同一时间多于16个，其他线程将暂时被阻塞。可以指定更大数目的构造器，然而，恐怕没有这种必要。

2>写数组的拷贝

CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet是线程安全的集合，其中所有的修改线程对底层数组进行复制。如果在集合上进行迭代的线程数超过修改线程数，这样的安排是很有用的。当构建一个迭代器的时候，它包含一个对当前数组的引用。如果数组后来被修改了，迭代器仍然引用旧数组，但是，集合的数组已经被替换了。因此，旧的迭代器拥有一致的试图，访问它无须任何同步开销。

3>较早的线程安全集合

从Java的初始版本开始，Vector和Hashtable类就提供了线程安全的动态数组和散列表的实现。现在这些类被弃用了，取而代之的是ArrayList和HashMap类。这些类不是线程安全的，而集合库中提供了不同的机制。任何集合类通过使用同步包装器变成线程安全的：

List<E> synchArrayList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<E>());
Map<K,V> synchHashMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap<K,V>());

结果集合的方法使用锁加以保护，提供了线程的安全访问。

应该确保没有任何线程通过原始的非同步方法访问数据结构。最便利的方法是确保不保存任何指向原始对象的引用，简单地构造一个集合并立即传递给包装器。

如果在另一个线程可能进行修改时要对集合进行迭代，仍然需要使用“客户端”锁定：

synchronized (synchHashMap) {
Iterator<K> iter = synchHashMap.keySet().iterator();
}

如果使用foreach循环必须使用同样代码，因为循环使用了迭代器。

注：如果迭代过程中，别的线程修改集合，迭代器会失效，抛出异常。同步仍然是需要的，因此并发的修改可以被可靠地检查出来。

最好使用java.util.concurrent包中定义的集合，不适用同步包装器中的。特别是，加入他们访问的是不同的桶，由于ConcurrentHashMap已经精心地实现了，多线程可以访问它们而且不会彼此阻塞。有一个例外是经常被修改的数组列表。在那种情况下，同步的ArrayList可以胜过CopyOnWriteArrayList。

注：HashTable与ConcurrentHashMap的比较？
相同点： Hashtable 和 ConcurrentHashMap都是线程安全的，可以在多线程环境中运行； key跟value都不能是null

区别： 两者主要是性能上的差异，Hashtable的所有操作都会锁住整个对象，虽然能够保证线程安全，但是性能较差； ConcurrentHashMap内部使用Segment数组，每个Segment类似于Hashtable，在“写”线程或者部分特殊的“读”线程中锁住的是某个Segment对象，其它的线程能够并发执行其它的Segment对象。