為了方便編寫出線程安全的程序，Java里面提供了一些線程安全類和并發工具，比如：同步容器、并發容器、阻塞隊列、Synchronizer（比如CountDownLatch）。今天我們就來討論下同步容器。
一.為什么會出現同步容器？
在Java的集合容器框架中，主要有四大類別：List、Set、Queue、Map。
List、Set、Queue接口分別繼承了Collection接口，Map本身是一個接口。
注意Collection和Map是一個頂層接口，而List、Set、Queue則繼承了Collection接口，分別代表數組、集合和隊列這三大類容器。
像ArrayList、LinkedList都是實現了List接口，HashSet實現了Set接口，而Deque（雙向隊列，允許在隊首、隊尾進行入隊和出隊操作）繼承了Queue接口，PriorityQueue實現了Queue接口。另外LinkedList（實際上是雙向鏈表）實現了了Deque接口。
像ArrayList、LinkedList、HashMap這些容器都是非線程安全的。
如果有多個線程并發地訪問這些容器時，就會出現問題。
因此，在編寫程序時，必須要求程序員手動地在任何訪問到這些容器的地方進行同步處理，這樣導致在使用這些容器的時候非常地不方便。
所以，Java提供了同步容器供用戶使用。
二.Java中的同步容器類
在Java中，同步容器主要包括2類：
1）Vector、Stack、HashTable
2）Collections類中提供的靜態工廠方法創建的類
Vector實現了List接口，Vector實際上就是一個數組，和ArrayList類似，但是Vector中的方法都是synchronized方法，即進行了同步措施。
Stack也是一個同步容器，它的方法也用synchronized進行了同步，它實際上是繼承于Vector類。
HashTable實現了Map接口，它和HashMap很相似，但是HashTable進行了同步處理，而HashMap沒有。
Collections類是一個工具提供類，注意，它和Collection不同，Collection是一個頂層的接口。在Collections類中提供了大量的方法，比如對集合或者容器進行排序、查找等操作。最重要的是，在它里面提供了幾個靜態工廠方法來創建同步容器類，如下圖所示：
三.同步容器的缺陷
從同步容器的具體實現源碼可知，同步容器中的方法采用了synchronized進行了同步，那么很顯然，這必然會影響到執行性能，另外，同步容器就一定是真正地完全線程安全嗎？不一定，這個在下面會講到。
我們首先來看一下傳統的非同步容器和同步容器的性能差異，我們以ArrayList和Vector為例：
1.性能問題
我們先通過一個例子看一下Vector和ArrayList在插入數據時性能上的差異：
public static void main(String[] args) throws InterruptedException { ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>(); Vector<Integer> vector = new Vector<Integer>(); long start = System.currentTimeMillis(); for(int i=0;i<100000;i++) list.add(i); long end = System.currentTimeMillis(); System.out.println("ArrayList進行100000次插入操作耗時："+(end-start)+"ms"); start = System.currentTimeMillis(); for(int i=0;i<100000;i++) vector.add(i); end = System.currentTimeMillis(); System.out.println("Vector進行100000次插入操作耗時："+(end-start)+"ms"); } } |
這段代碼在我機器上跑出來的結果是：
進行同樣多的插入操作，Vector的耗時是ArrayList的兩倍。
這只是其中的一方面性能問題上的反映。
另外，由于Vector中的add方法和get方法都進行了同步，因此，在有多個線程進行訪問時，如果多個線程都只是進行讀取操作，那么每個時刻就只能有一個線程進行讀取，其他線程便只能等待，這些線程必須競爭同一把鎖。
因此為了解決同步容器的性能問題，在Java 1.5中提供了并發容器，位于java.util.concurrent目錄下，并發容器的相關知識將在下一篇文章中講述。
2.同步容器真的是安全的嗎？
也有有人認為Vector中的方法都進行了同步處理，那么一定就是線程安全的，事實上這可不一定。看下面這段代碼：
public class Test { static Vector<Integer> vector = new Vector<Integer>(); public static void main(String[] args) throws InterruptedException { while(true) { for(int i=0;i<10;i++) vector.add(i); Thread thread1 = new Thread(){ public void run() { for(int i=0;i<vector.size();i++) vector.remove(i); }; }; Thread thread2 = new Thread(){ public void run() { for(int i=0;i<vector.size();i++) vector.get(i); }; }; thread1.start(); thread2.start(); while(Thread.activeCount()>10) { } } } } |
在我機器上運行的結果：
正如大家所看到的，這段代碼報錯了：數組下標越界。
也許有朋友會問：Vector是線程安全的，為什么還會報這個錯？很簡單，對于Vector，雖然能保證每一個時刻只能有一個線程訪問它，但是不排除這種可能：
當某個線程在某個時刻執行這句時：
for(int i=0;i<vector.size();i++)
vector.get(i);
假若此時vector的size方法返回的是10，i的值為9
然后另外一個線程執行了這句：
for(int i=0;i<vector.size();i++)
vector.remove(i);
將下標為9的元素刪除了。
那么通過get方法訪問下標為9的元素肯定就會出問題了。
因此為了保證線程安全，必須在方法調用端做額外的同步措施，如下面所示：
public class Test { static Vector<Integer> vector = new Vector<Integer>(); public static void main(String[] args) throws InterruptedException { while(true) { for(int i=0;i<10;i++) vector.add(i); Thread thread1 = new Thread(){ public void run() { synchronized (Test.class) { //進行額外的同步 for(int i=0;i<vector.size();i++) vector.remove(i); } }; }; Thread thread2 = new Thread(){ public void run() { synchronized (Test.class) { for(int i=0;i<vector.size();i++) vector.get(i); } }; }; thread1.start(); thread2.start(); while(Thread.activeCount()>10) { } } } } |
3. ConcurrentModificationException異常
在對Vector等容器并發地進行迭代修改時，會報ConcurrentModificationException異常，關于這個異常將會在后續文章中講述。
但是在并發容器中不會出現這個問題。