J.U.C--同步容器类Collections

客官°小女子只卖身不卖艺 2022-07-13 11:20 128阅读 0赞

> 在JDK1.2之前同步容器类包括Vector、HashTable，这两个容器通过内置锁synchronized保证了同步。后面的ArrayList、LinkedList、HashMap、LinkedHashMap等等都不是线程安全的，没有添加同步机制。但是JDK后面的Collections类也提供了这些常见容器类的同步容器类实现：将他们的状态封装起来，并对每个公共方法都进行同步，使得每次只有一个线程能访问容器状态。

# Collections类 #

在Collections这个类下面提供了一些静态类和静态方法。比如常见的同步容器类的创建方法：

public static <T> List<T> synchronizedList(List<T> list);
    
    public static <K,V> Map<K,V> synchronizedMap(Map<K,V> m);
    
    public static <T> Set<T> synchronizedSet(Set<T> s);
    
    public static <K,V> SortedMap<K,V> synchronizedSortedMap(SortedMap<K,V> m);
    
    .....

通过这些静态方法将一个传递进去的集合包装成同步的集合。这里很明显就用到了设计模式中的装饰器模式。

装饰器接受一个接口对象，并返回一个同样接口的对象，不过，新对象可能会扩展一些新的方法或属性，扩展的方法或属性就是所谓的”装饰”，也可能会对原有的接口方法做一些修改，达到一定的”装饰”目的。

Collections有三组装饰器方法，它们的返回对象都没有新的方法或属性，但改变了原有接口方法的性质，经过”装饰”后，它们更为安全了，具体分别是写安全、类型安全和线程安全，这里我们只介绍线程安全的装饰类。

由于篇幅有限，我这里只举一个例子，就是：`synchronizedList(List<T> list);` 包装的List的线程安全的实现。  
老规矩，还是来看源码：  
`Collections.synchronizedList(new ArrayList<String>());`  
看看这个static方法的调用发生了什么？

//synchronizedList函数源码
    public static <T> List<T> synchronizedList(List<T> list) {
        return (list instanceof RandomAccess ?
                new SynchronizedRandomAccessList<>(list) :
                new SynchronizedList<>(list));
    }

我们发现这个函数源码里面实际上是new了一个SynchronizedList<>(list))对象，该对象是collections的内置静态类。并传入参数list。 继续向下看看这个静态类的构造器：

SynchronizedList(List<E> list) {
       super(list);
       this.list = list;
    }

其实就是一个传参的过程。下面看看SynchronizedList这个类的属性：

final List<E> list;

一个final修饰的list，表示list一旦传递了引用就不可变。也就是说原本的参数list引用传递给SynchronizedList的list并不可变。

然后我们看一下get()函数的源码：

public E get(int index) {
           synchronized (mutex) {
        }
    }

这个时候就看到了同步的实现了，通过synchronized加锁实现同步代码块，使得每次只有一个线程能访问容器状态。这里的锁对象mutex是来源于父类SynchronizedCollection。看下源码就知道SynchronizedList的所有公共方法都是通过给mutex加锁实现的容器状态访问的同步操作。

其余的同步容器类的实现都是类似的，就不一一分析了。

# 同步容器类的迭代的线程安全 #

如果同步容器类的数据量很大，迭代的时候占用时间较长。迭代过程中可能会出现别的线程修改了容器的数据，这样迭代的时候可能会抛出异常(比如迭代到索引是最后一个元素的元素，这时候另外一个线程删除了这个线程，这时候会抛出数组越界的异常)。

但是如果迭代过程中加锁，那么就会出现性能问题。其中一种解决方案就是克隆容器，再迭代克隆的容器。（克隆期间需要加锁），但是克隆也是耗费CPU性能的。所以没有十全十美的办法。