同步容器類

常見同步類

1. Vector

2. Hashtable

3. Collections.synchronizedXxx工廠方法創(chuàng)建的封裝容器

   注：Vector和Hashtable是早期JDK的部分，Collections.synchronizedXxx是JDK1.2添加的

同步容器實現(xiàn)線程安全的方式

• 使用自身的鎖來保護它的每個方法
• 將他們的狀態(tài)封裝起來，并對每個公有方法都進行同步，使得每次只有一個線程能訪問容器的狀態(tài)

同步容器類的問題

• 容器上的復合操作存在線程安全問題

• 常見的復合操作：

  1. 迭代（反復訪問元素，直到遍歷完容器內(nèi)的所有元素）
  2. 跳轉(zhuǎn)（根據(jù)指定順序找到當前元素的下一個元素）
  3. 條件運算（例如：若沒有則添加）

  //查詢vector.size()狀態(tài)可能是失效的
  for(int i=0; i<vector.size(); i++) {
      doSomething(vector.get(8));
  }
  

    ```
    /**
     * 先檢查后查詢的復合操作
     */
    public static Object getLast(Vector list) {
        //查詢list.size()的狀態(tài)可能是失效的
        int lastIndex = list.size() - 1;
        return list.get(lastIndex);
    }
    ```
  

解決復合操作線程不安全的方法

• 客戶端在復合操作上加鎖（同步容器使用自身的鎖來保護它的每個方法）

sychronized(vector) {
    for(int i=0; i<vector.size(); i++) {
        doSomething(vector.get(8));
    }   
}

public static Object getLast(Vector list) {
    synchronized(list) {
        int lastIndex = list.size() - 1;
    return list.get(lastIndex);   
    }
}

迭代器與ConcurrentModificationException

• 容器迭代的方式

  1. 直接使用Iterator
  2. 使用Java5.0引入的for-each

• 迭代器的問題

  • 在同步容器的迭代器是并沒有考慮到并發(fā)修改的問題，并且他們表現(xiàn)出的行為是“及時失?。╢ail-fast）”，這意味著，當他們發(fā)現(xiàn)容器在迭代過程中被修改時，就會拋出一個ConcurrentModificationException異常
  • 這種“及時失敗”的迭代器并不是一種完備的處理機制，而只是“善意地”捕獲并發(fā)錯誤，因此只能作為并發(fā)問題的預警指示

• 解決ConcurrentModificationException問題

  • “克隆”容器，并在副本上進行迭代

    注：克隆過程中仍然需要對容器加鎖；克隆容器時存在顯著的性能開銷；這種方式的好壞取決于多個因素，包括容器大小，在每個元素上執(zhí)行的工作，迭代操作相對于容器其他操作的調(diào)用頻率，以及在響應時間和吞吐量等方面的需求

• 常見隱藏的迭代

  1. 容器的hashCode和equals方法會間接執(zhí)行迭代操作，當容器作為另一個容器的元素或鍵時就會出現(xiàn)這種情況

  2. containsAll、removeAll和retainAll等方法

  3. 將容器作為參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)

     注：所有間接的迭代操作都可能拋出ConcurrentModificationException

并發(fā)容器

ConcurrentHashMap與Hashtable的區(qū)別

• 相同點：都是線程安全的容器
• 不同點
  1. 同步方式不同：前者分段同步且讀取操作不同步，并發(fā)性能高；后者全表同步，并發(fā)性能低
  2. 內(nèi)存消耗：前者占用內(nèi)存大，因為分段，內(nèi)部容器較多或占用更多額外內(nèi)存
  3. 迭代器一致性：前者迭代器具有弱一致性，因為讀取非同步，所以讀取的結(jié)果只包含創(chuàng)建迭代器時已有的元素；后者因為是全表同步，所以保證了迭代器的強一致性
  4. 增加API：前者增加了一些對常見復合操作的支持，例如“若沒有則添加”、替換以及有條件刪除
  5. 弱化API：前者弱化了size()、isEmpty()方法的語義以反映容器的并發(fā)性，這些方法的結(jié)果可能是失效的
  6. 迭代異常：迭代時不會出現(xiàn)ConcurrentModificationException，后者會出現(xiàn)異常
• 并發(fā)容器替代同步容器
  • ConcurrentHashMap <- HashTable、Collections.synchronizedMap(Map)
  • ConcurrentSkipListMap <- Collections.synchronizedMap(TreeMap)
  • ConcurrentSkipListSet <- Collections.synchronizedSet(TreeSet)

CopyOnWriteArrayList特點

1. 寫操作復制內(nèi)部容器，讀操作讀取的是內(nèi)部容器副本，迭代時不會出現(xiàn)ConcurrentModificationException
2. 適合于讀操作多，寫操作少的多線程環(huán)境

中斷

概念

• 中斷是一種用于取消線程操作的協(xié)作機制；一個線程不能強制其他線程停止正在執(zhí)行的操作而去執(zhí)行其他的操作，但是要求（通知）其他線程執(zhí)行到某個可以暫停的地方停止正在執(zhí)行的操作，前提是別的線程愿意停止當前的操作

中斷方法介紹

1. isInterruputed 對象方法，獲取線程的中斷狀態(tài)

   注：線程死了后，該方法始終返回false

2. interrupt 對象方法，設置線程的中斷狀態(tài)

   注：如果線程阻塞在Object的wait方法或Thread的join、sleep方法上，調(diào)用此方法將清除被阻塞線程的中斷狀態(tài)，并且調(diào)用這些方法的地方將收到一個InterruptException

3. interrupted 靜態(tài)方法，返回當前線程的中斷狀態(tài)，并清除中斷狀態(tài)、

   注：線程死了后，該方法始終返回false

中斷異常InterruptedException處理

• 傳遞InterruptException：不捕獲該異常，或者捕獲該異常然后在執(zhí)行某種簡單的清理工作后再次拋出這個異常
• 恢復中斷：有時候不能拋出InterruptException，例如當代碼是Runnable的一部分時，這種情況下必須捕獲InterruptException，并通過調(diào)用當前線程的interrupt方法恢復中斷狀態(tài)，將中斷信息告知調(diào)用棧中更高層的代碼

同步工具類

概念

• 同步工具類可以是任何對象，只要他根據(jù)其自身狀態(tài)來協(xié)調(diào)線程的控制流；例如阻塞隊列可以作為同步工具類

常用同步工具類

1. CountDownLatch（閉鎖）
   • 延遲線程的進度，直到其達到終止狀態(tài)，所有線程將釋放進度，當其到達結(jié)束狀態(tài)后，將不會再改變狀態(tài)
2. FutureTask(也可以當做閉鎖)
   • 可以返回計算結(jié)果的任務
   • 包括三種狀態(tài)：等待運行（Waiting to run）、正在運行（Running）、運行完成（Completed）
   • 執(zhí)行完成表示計算的所有結(jié)束方式：正常結(jié)束、由與取消結(jié)束、由與異常結(jié)束；任務進入完成狀態(tài)后將會停止在這個狀態(tài)上
   • FutureTask表示的計算通過Callable接口來實現(xiàn)
     • Callable可以拋出受檢查的或未受檢查的異常，并且任何代碼都可能拋出Error
     • 無論任務代碼拋出什么異常，都會被封裝到一個ExecutionException中，并在Future.get中被重新拋出
     • 上面兩條將使get代碼變得復雜，因為不僅需要處理可能出現(xiàn)的ExecutionException以及未受檢查的CancellationException，而且還由于ExecutionException是做為一個Throwable類返回的
   • 優(yōu)點：提前啟動計算，可以減少等待結(jié)果需要的時間
3. Semaphore
   • 對資源施加邊界
4. CyclicBarrier
   • 與閉鎖相同點：柵欄類似于閉鎖，他能阻塞一組線程直到某個事件發(fā)生
   • 與閉鎖不同點：閉鎖是一次性的，柵欄可多次使用；閉鎖用于等待事件，而柵欄用于等待其他線程
5. Exchanger
   • 它是一種Two-Party柵欄，各方在柵欄位置上交換數(shù)據(jù)