這篇文章主要介紹“Java中的同步容器是什么”,在日常操作中,相信很多人在Java中的同步容器是什么問(wèn)題上存在疑惑,小編查閱了各式資料,整理出簡(jiǎn)單好用的操作方法,希望對(duì)大家解答”Java中的同步容器是什么”的疑惑有所幫助!接下來(lái),請(qǐng)跟著小編一起來(lái)學(xué)習(xí)吧!
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同步容器主要分兩類,一種是Vector這樣的普通類,一種是通過(guò)Collections的工廠方法創(chuàng)建的內(nèi)部類
雖然很多人都對(duì)同步容器的性能低有偏見(jiàn),但它也不是一無(wú)是處,在這里我們插播一條阿里巴巴的開(kāi)發(fā)手冊(cè)規(guī)范:
高并發(fā)時(shí),同步調(diào)用應(yīng)該去考量鎖的性能損耗。能用無(wú)鎖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),就不要用鎖;能鎖區(qū)塊,就不要鎖整個(gè)方法體;能用對(duì)象鎖,就不要用類鎖。
可以看到,只有在高并發(fā)才會(huì)考慮到鎖的性能問(wèn)題,所以在一些小而全的系統(tǒng)中,同步容器還是有用武之地的(當(dāng)然也可以考慮并發(fā)容器,后面章節(jié)再討論)
附言:這不是洗白貼
我們這里分三步來(lái)分析:
什么是同步容器
為什么要有同步容器
同步容器的優(yōu)缺點(diǎn)
同步容器的使用場(chǎng)景
定義:就是把容器類同步化,這樣我們?cè)诓l(fā)中使用容器時(shí),就不用手動(dòng)同步,因?yàn)閮?nèi)部已經(jīng)自動(dòng)同步了
例子:比如Vector就是一個(gè)同步容器類,它的同步化就是把內(nèi)部的所有方法都上鎖(有的重載方法沒(méi)上鎖,但是最終調(diào)用的方法還是有鎖的)
源碼:Vector.add
// 通過(guò)synchronized為add方法上鎖 public synchronized boolean add(E e) { modCount++; ensureCapacityHelper(elementCount + 1); elementData[elementCount++] = e; return true; }
同步容器主要分兩類:
普通類:Vector、Stack、HashTable
內(nèi)部類:Collections創(chuàng)建的內(nèi)部類,比如Collections.SynchronizedList、 Collections.SynchronizedSet等
那這兩種有沒(méi)有區(qū)別呢?
當(dāng)然是有的,剛開(kāi)始的時(shí)候(Java1.0)只有第一種同步容器(Vector等)
但是因?yàn)閂ector這種類太局氣了,它就想著把所有的東西都弄過(guò)來(lái)自己搞(Vector通過(guò)toArray轉(zhuǎn)為己有,HashTable通過(guò)putAll轉(zhuǎn)為己有);
源碼:Vector構(gòu)造函數(shù)
public Vector(Collection<? extends E> c) { // 這里通過(guò)toArray將傳來(lái)的集合 轉(zhuǎn)為己有 elementData = c.toArray(); elementCount = elementData.length; // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652) if (elementData.getClass() != Object[].class) elementData = Arrays.copyOf(elementData, elementCount, Object[].class); }
所以就有了第二種同步容器類(通過(guò)工廠方法創(chuàng)建的內(nèi)部容器類),它就比較聰明了,它只是把原有的容器進(jìn)行包裝(通過(guò)this.list = list直接指向需要同步的容器),然后局部加鎖,這樣一來(lái),即生成了線程安全的類,又不用太費(fèi)力;
源碼:Collections.SynchronizedList構(gòu)造函數(shù)
SynchronizedList(List<E> list) { super(list); // 這里只是指向傳來(lái)的list,不轉(zhuǎn)為己有,后面的相關(guān)操作還是基于原有的list集合 this.list = list; }
他們之間的區(qū)別如下:
兩種同步容器的區(qū)別 | 普通類 | 內(nèi)部類 |
---|---|---|
鎖的對(duì)象 | 不可指定,只能this | 可指定,默認(rèn)this |
鎖的范圍 | 方法體(包括迭代) | 代碼塊(不包括迭代) |
適用范圍 | 窄-個(gè)別容器 | 廣-所有容器 |
這里我們重點(diǎn)說(shuō)下鎖的對(duì)象:
普通類鎖的是當(dāng)前對(duì)象this(鎖在方法上,默認(rèn)this對(duì)象);
內(nèi)部類鎖的是mutex屬性,這個(gè)屬性默認(rèn)是this,但是可以通過(guò)構(gòu)造函數(shù)(或工廠方法)來(lái)指定鎖的對(duì)象
源碼:Collections.SynchronizedCollection構(gòu)造函數(shù)
final Collection<E> c; // Backing Collection // 這個(gè)就是鎖的對(duì)象 final Object mutex; // Object on which to synchronize SynchronizedCollection(Collection<E> c) { this.c = Objects.requireNonNull(c); // 初始化為 this mutex = this; } SynchronizedCollection(Collection<E> c, Object mutex) { this.c = Objects.requireNonNull(c); this.mutex = Objects.requireNonNull(mutex); }
這里要注意一點(diǎn)就是,內(nèi)部類的迭代器沒(méi)有同步(Vector的迭代器有同步),需要手動(dòng)加鎖來(lái)同步
源碼:Vector.Itr.next 迭代方法(有上鎖)
public E next() { synchronized (Vector.this) { checkForComodification(); int i = cursor; if (i >= elementCount) throw new NoSuchElementException(); cursor = i + 1; return elementData(lastRet = i); } }
源碼:Collections.SynchronizedCollection.iterator 迭代器(沒(méi)上鎖)
public Iterator<E> iterator() { // 這里會(huì)直接實(shí)現(xiàn)類的迭代器(比如ArrayList,它里面的迭代器肯定是沒(méi)上鎖的) return c.iterator(); // Must be manually synched by user! }
因?yàn)槠胀ǖ娜萜黝悾ū热鏏rrayList)是線程不安全的,如果是在并發(fā)中使用,我們就需要手動(dòng)對(duì)其加鎖才會(huì)安全,這樣的話就很麻煩;
所以就有了同步容器,它來(lái)幫我們自動(dòng)加鎖
下面我們用代碼來(lái)對(duì)比下
線程不安全的類:ArrayList
public class SyncCollectionDemo { private List<Integer> listNoSync; public SyncCollectionDemo() { this.listNoSync = new ArrayList<>(); } public void addNoSync(int temp){ listNoSync.add(temp); } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { SyncCollectionDemo demo = new SyncCollectionDemo(); // 創(chuàng)建10個(gè)線程 for (int i = 0; i < 10; i++) { // 每個(gè)線程執(zhí)行100次添加操作 new Thread(()->{ for (int j = 0; j < 1000; j++) { demo.addNoSync(j); } }).start(); } } }
上面的代碼看似沒(méi)問(wèn)題,感覺(jué)就算有問(wèn)題也應(yīng)該是插入的順序比較亂(多線程交替插入)
但實(shí)際上運(yùn)行會(huì)發(fā)現(xiàn),可能會(huì)報(bào)錯(cuò)數(shù)組越界,如下所示:
原因有二:
因?yàn)锳rrayList.add操作沒(méi)有加鎖,導(dǎo)致多個(gè)線程可以同時(shí)執(zhí)行add操作
add操作時(shí),如果發(fā)現(xiàn)list的容量不足,會(huì)進(jìn)行擴(kuò)容,但是由于多個(gè)線程同時(shí)擴(kuò)容,就會(huì)出現(xiàn)擴(kuò)容不足的問(wèn)題
源碼:ArrayList.grow擴(kuò)容
// 擴(kuò)容方法 private void grow(int minCapacity) { // overflow-conscious code int oldCapacity = elementData.length; // 這里可以看到,每次擴(kuò)容增加一半的容量 int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); if (newCapacity - minCapacity < 0) newCapacity = minCapacity; if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); // minCapacity is usually close to size, so this is a win: elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); }
可以看到,擴(kuò)容是基于之前的容量進(jìn)行的,因此如果多個(gè)線程同時(shí)擴(kuò)容,那擴(kuò)容基數(shù)就不準(zhǔn)確了,結(jié)果就會(huì)有問(wèn)題
線程安全的類:Collections.SynchronizedList
/** * <p> * 同步容器類:為什么要有它 * </p> * * @author: JavaLover * @time: 2021/5/3 */ public class SyncCollectionDemo { private List<Integer> listSync; public SyncCollectionDemo() { // 這里包裝一個(gè)空的ArrayList this.listSync = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>()); } public void addSync(int j){ // 內(nèi)部是同步操作: synchronized (mutex) {return c.add(e);} listSync.add(j); } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { SyncCollectionDemo demo = new SyncCollectionDemo(); for (int i = 0; i < 10; i++) { new Thread(()->{ for (int j = 0; j < 100; j++) { demo.addSync(j); } }).start(); } TimeUnit.SECONDS.sleep(1); // 輸出1000 System.out.println(demo.listSync.size()); } }
輸出正確,因?yàn)楝F(xiàn)在ArrayList被Collections包裝成了一個(gè)線程安全的類
這就是為啥會(huì)有同步容器的原因:因?yàn)橥饺萜魇沟貌l(fā)編程時(shí),線程更加安全
一般來(lái)說(shuō),都是先說(shuō)優(yōu)點(diǎn),再說(shuō)缺點(diǎn)
但是我們這次先說(shuō)優(yōu)點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn):
并發(fā)編程中,獨(dú)立操作是線程安全的,比如單獨(dú)的add操作
缺點(diǎn)(是的,優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)說(shuō)完了):
性能差,基本上所有方法都上鎖,完美的詮釋了“寧可錯(cuò)殺一千,不可放過(guò)一個(gè)”
復(fù)合操作,還是不安全,比如putIfAbsent操作(如果沒(méi)有則添加)
快速失敗機(jī)制,這種機(jī)制會(huì)報(bào)錯(cuò)提示ConcurrentModificationException
,一般出現(xiàn)在當(dāng)某個(gè)線程在遍歷容器時(shí),其他線程恰好修改了這個(gè)容器的長(zhǎng)度
為啥第三點(diǎn)是缺點(diǎn)呢?
因?yàn)樗荒茏鳛橐粋€(gè)建議,告訴我們有并發(fā)修改異常,但是不能保證每個(gè)并發(fā)修改都會(huì)爆出這個(gè)異常
爆出這個(gè)異常的前提如下:
源碼:Vector.Itr.checkForComodification 檢查容器修改次數(shù)
final void checkForComodification() { // modCount:容器的長(zhǎng)度變化次數(shù), expectedModCount:期望的容器的長(zhǎng)度變化次數(shù) if (modCount != expectedModCount) throw new ConcurrentModificationException(); }
那什么情況下并發(fā)修改不會(huì)爆出異常呢?有兩種:
遍歷沒(méi)加鎖的情況:對(duì)于第二種同步容器(Collections內(nèi)部類)來(lái)說(shuō),假設(shè)線程A修改了modCount的值,但是沒(méi)有同步到線程B,那么線程B遍歷就不會(huì)發(fā)生異常(但實(shí)際上問(wèn)題已經(jīng)存在了,只是暫時(shí)沒(méi)有出現(xiàn))
依賴線程執(zhí)行順序的情況:對(duì)于所有的同步容器來(lái)說(shuō),假設(shè)線程B已經(jīng)遍歷完了容器,此時(shí)線程A才開(kāi)始遍歷修改,那么也不會(huì)發(fā)生異常
代碼就不貼了,大家感興趣的可以直接寫幾個(gè)線程遍歷試試,多運(yùn)行幾次,應(yīng)該就可以看到效果(不過(guò)第一種情況也是基于理論分析,實(shí)際代碼我這邊也沒(méi)跑出來(lái))
根據(jù)阿里巴巴的開(kāi)發(fā)規(guī)范:不要在 foreach 循環(huán)里進(jìn)行元素的 remove/add 操作。remove 元素請(qǐng)使用 Iterator方式,如果并發(fā)操作,需要對(duì) Iterator 對(duì)象加鎖。
這里解釋下,關(guān)于List.remove和Iterator.remove的區(qū)別
Iterator.remove:會(huì)同步修改expectedModCount=modCount
list.remove:只會(huì)修改modCount,因?yàn)閑xpectedModCount屬于iterator對(duì)象的屬性,不屬于list的屬性(但是也可以間接訪問(wèn))
源碼:ArrayList.remove移除元素操作
public E remove(int index) { rangeCheck(index); // 1. 這里修改了 modCount modCount++; E oldValue = elementData(index); int numMoved = size - index - 1; if (numMoved > 0) System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work return oldValue; }
源碼:ArrayList.Itr.remove迭代器移除元素操作
public void remove() { if (lastRet < 0) throw new IllegalStateException(); checkForComodification(); try { // 1. 這里調(diào)用上面介紹的list.romove,修改modCount ArrayList.this.remove(lastRet); cursor = lastRet; lastRet = -1; // 2. 這里再同步更新 expectedModCount expectedModCount = modCount; } catch (IndexOutOfBoundsException ex) { throw new ConcurrentModificationException(); } }
由于同步容器的這些缺點(diǎn),于是就有了并發(fā)容器(下期來(lái)介紹)
多用在并發(fā)編程,但是并發(fā)量又不是很大的場(chǎng)景,比如一些簡(jiǎn)單的個(gè)人博客系統(tǒng)(具體多少并發(fā)量算大,這個(gè)也是分很多情況而論的,并不是說(shuō)每秒處理超過(guò)多少個(gè)請(qǐng)求,就說(shuō)是高并發(fā),還要結(jié)合吞吐量、系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間等多個(gè)因素一起考慮)
具體點(diǎn)來(lái)說(shuō)的話,有以下幾個(gè)場(chǎng)景:
寫多讀少,這個(gè)時(shí)候同步容器和并發(fā)容器的性能差別不大(并發(fā)容器可以并發(fā)讀)
自定義的復(fù)合操作,比如getLast等操作(putIfAbsent就算了,因?yàn)椴l(fā)容器有默認(rèn)提供這個(gè)復(fù)合操作)
等等
什么是同步容器:就是把容器類同步化,這樣我們?cè)诓l(fā)中使用容器時(shí),就不用手動(dòng)同步,因?yàn)閮?nèi)部已經(jīng)自動(dòng)同步了
為什么要有同步容器:因?yàn)槠胀ǖ娜萜黝悾ū热鏏rrayList)是線程不安全的,如果是在并發(fā)中使用,我們就需要手動(dòng)對(duì)其加鎖才會(huì)安全,這樣的話就很太麻煩;所以就有了同步容器,它來(lái)幫我們自動(dòng)加鎖
同步容器的優(yōu)缺點(diǎn):
優(yōu)點(diǎn) | 缺點(diǎn) | |
---|---|---|
同步容器 | 獨(dú)立操作,線程安全 | 復(fù)合操作,還是不安全 |
性能差 | ||
快速失敗機(jī)制,只適合bug調(diào)試 |
同步容器的使用場(chǎng)景
多用在并發(fā)量不是很大的場(chǎng)景,比如個(gè)人博客、后臺(tái)系統(tǒng)等
具體點(diǎn)來(lái)說(shuō),有以下幾個(gè)場(chǎng)景:
寫多讀少:這個(gè)時(shí)候同步容器和并發(fā)容器差別不是很大
自定義復(fù)合操作:比如getLast等復(fù)合操作,因?yàn)橥饺萜鞫际菃蝹€(gè)操作進(jìn)行上鎖的,所以可以很方便地去拼接復(fù)合操作(記得外部加鎖)
到此,關(guān)于“Java中的同步容器是什么”的學(xué)習(xí)就結(jié)束了,希望能夠解決大家的疑惑。理論與實(shí)踐的搭配能更好的幫助大家學(xué)習(xí),快去試試吧!若想繼續(xù)學(xué)習(xí)更多相關(guān)知識(shí),請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站,小編會(huì)繼續(xù)努力為大家?guī)?lái)更多實(shí)用的文章!
網(wǎng)頁(yè)題目:Java中的同步容器是什么
當(dāng)前URL:http://muchs.cn/article38/jehipp.html
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