Java线程安全的集合有哪些?

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Java线程安全的集合有哪些?

1.快速失败(fail-fast)和安全失败(fail-safe)?

一:快速失败(fail—fast)

在用迭代器遍历一个集合对象时,如果遍历过程中对集合对象的内容进行了修改(增加、删除、修改),则会抛出Concurrent Modification Exception。

原理:迭代器在遍历时直接访问集合中的内容,并且在遍历过程中使用一个 modCount 变量。集合在被遍历期间如果内容发生变化,就会改变modCount的值。每当迭代器使用hashNext()/next()遍历下一个元素之前,都会检测modCount变量是否为expectedmodCount值,是的话就返回遍历;否则抛出异常,终止遍历。

注意:这里异常的抛出条件是检测到 modCount!=expectedmodCount 这个条件。如果集合发生变化时修改modCount值刚好又设置为了expectedmodCount值,则异常不会抛出。因此,不能依赖于这个异常是否抛出而进行并发操作的编程,这个异常只建议用于检测并发修改的bug。

场景:java.util包下的集合类都是快速失败的,不能在多线程下发生并发修改(迭代过程中被修改)。

二:安全失败(fail—safe)

采用安全失败机制的集合容器,在遍历时不是直接在集合内容上访问的,而是先复制原有集合内容,在拷贝的集合上进行遍历。

原理:由于迭代时是对原集合的拷贝进行遍历,所以在遍历过程中对原集合所作的修改并不能被迭代器检测到,所以不会触发Concurrent Modification Exception。

缺点:基于拷贝内容的优点是避免了Concurrent Modification Exception,但同样地,迭代器并不能访问到修改后的内容,即:迭代器遍历的是开始遍历那一刻拿到的集合拷贝,在遍历期间原集合发生的修改迭代器是不知道的。

场景:java.util.concurrent包下的容器都是安全失败,可以在多线程下并发使用,并发修改。

2.线程安全的java集合,以及其原理 (https://www.imooc.com/article/34600)

jdk1.5之前实现集合的并发开发和jdk1.5版本以后有所差别

jdk1.5前:

  (1)最为简单直接的就是在程序中我们自己对共享变量进行加锁。不过,缺点也显而易见,手动实现线程安全间接增加了程序的复杂度,以及代码出错的概率---例如:线程死锁的产生;
  (2)我们还可以使用Java集合框架中的Vector、Hashtable实现类,这两个类都是线程安全的。不过,Java已不提倡使用。
  (3)此外,我们还可以使用集合工具类--Collections,通过调用其中的静态方法,来得到线程安全的集合。具体方法,包括:Collections.synchronizedCollection(Collection<T> c)、  Collections.synchronizedSet(Set<T> s)、Collections.synchronizedList(List<T>)、Collections.synchronizedMap(Map<K, V>)。
  究其原理,他们都是通过在方法中加synchronized同步锁来实现的。我们知道synchronized锁的开销较大,在程序中不建议使用。
  虽然,这三种方式可以实现线程安全的集合,但是都有显而易见的缺点,而且也不是我们今天所关注的重点。

jdk1.5推出了java.util.concurrent包。该包的出现,让Java并发编程变得更加轻松,帮助开发者编写更加高效、易维护、结构清晰的程序:

  阻塞式集合:当集合已满或为空时,被调用的添加(满)、移除(空)方法就不能立即被执行,调用这个方法的线程将被阻塞,一直等到该方法可以被成功执行。
  非阻塞式集合:当集合已满或为空时,被调用的添加(满)、移除(空)方法就不能立即被执行,调用这个方法的线程不会被阻塞,而是直接则返回null或抛出异常。

下面,就来看下concurrent包下,到底存在了哪些线程安全的集合:
Collection集合:

List:
  CopyOnWriteArrayList
Set:
  CopyOnWriteArraySet
  ConcurrentSkipListSet
Queue:
  BlockingQueue:
  LinkedBlockingQueue
DelayQueue
  PriorityBlockingQueue
  ConcurrentLinkedQueue
TransferQueue:
  LinkedTransferQueue
  BlockingDeque:
  LinkedBlockingDeque
  ConcurrentLinkedDeque
Map集合:

Map:
  ConcurrentMap:
  ConcurrentHashMap
  ConcurrentSkipListMap
  ConcurrentNavigableMap
通过以上可以看出,java.util.concurrent包为每一类集合都提供了线程安全的实现。

其中list又采用的是CopyOnWrite机制,我对其理解是,这个机制与Array不同的是,其在get()方法中是不加锁的,提升了性能.可以这么做的原因是,CopyOnWrite在add()的时候,既添加了锁,又拷贝了备份,在备份上操作后又将指针指回原地址.

简单的理解,就是当我们往CopyOnWrite容器中添加元素时,不直接操作当前容器,而是先将容器进行Copy,然后对Copy出的新容器进行修改,修改后,再将原容器的引用指向新的容器,即完成了整个修改操作。

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