Java理论与实践: 并发集合类

在Java类库中出现的第一个关联的集合类是 Hashtable ，它是JDK 1.0的一 部分。 Hashtable 提供了一种易于使用的、线程安全的、关联的map功能，这当 然也是方便的。然而，线程安全性是凭代价换来的―― Hashtable 的所有方法 都是同步的。此时，无竞争的同步会导致可观的性能代价。 Hashtable 的后继 者 HashMap 是作为JDK1.2中的集合框架的一部分出现的，它通过提供一个不同 步的基类和一个同步的包装器 Collections.synchronizedMap ，解决了线程安 全性问题。通过将基本的功能从线程安全性中分离开来， Collections.synchronizedMap 允许需要同步的用户可以拥有同步，而不需要同 步的用户则不必为同步付出代价。

Hashtable 和 synchronizedMap 所采取的获得同步的简单方法（同步 Hashtable 中或者同步的 Map 包装器对象中的每个方法）有两个主要的不足。 首先，这种方法对于可伸缩性是一种障碍，因为一次只能有一个线程可以访问 hash表。同时，这样仍不足以提供真正的线程安全性，许多公用的混合操作仍然 需要额外的同步。虽然诸如 get() 和 put() 之类的简单操作可以在不需要额外 同步的情况下安全地完成，但还是有一些公用的操作序列，例如迭代或者put- if-absent（空则放入），需要外部的同步，以避免数据争用。

有条件的线程安全性

同步的集合包装器 synchronizedMap 和 synchronizedList ，有时也被称作 有条件地线程安全――所有单个的操作都是线程安全的，但是多个操作组成的操 作序列却可能导致数据争用，因为在操作序列中控制流取决于前面操作的结果。 清单1中第一片段展示了公用的put-if-absent语句块――如果一个条目不在 Map 中，那么添加这个条目。不幸的是，在 containsKey() 方法返回到 put() 方法 被调用这段时间内，可能会有另一个线程也插入一个带有相同键的值。如果您想 确保只有一次插入，您需要用一个对 Map m 进行同步的同步块将这一对语句包 装起来。

清单1中其他的例子与迭代有关。在第一个例子中， List.size() 的结果在 循环的执行期间可能会变得无效，因为另一个线程可以从这个列表中删除条目。 如果时机不得当，在刚好进入循环的最后一次迭代之后有一个条目被另一个线程 删除了，则 List.get() 将返回 null ，而 doSomething() 则很可能会抛出一 个 NullPointerException 异常。那么，采取什么措施才能避免这种情况呢？如 果当您正在迭代一个 List 时另一个线程也可能正在访问这个 List ，那么在进 行迭代时您必须使用一个 synchronized 块将这个 List 包装起来，在 List 1 上同步，从而锁住整个 List 。这样做虽然解决了数据争用问题，但是在并发性 方面付出了更多的代价，因为在迭代期间锁住整个 List 会阻塞其他线程，使它 们在很长一段时间内不能访问这个列表。

集合框架引入了迭代器，用于遍历一个列表或者其他集合，从而优化了对一 个集合中的元素进行迭代的过程。然而，在 java.util 集合类中实现的迭代器 极易崩溃，也就是说，如果在一个线程正在通过一个 Iterator 遍历集合时，另 一个线程也来修改这个集合，那么接下来的 Iterator.hasNext() 或 Iterator.next() 调用将抛出 ConcurrentModificationException 异常。就拿 刚才这个例子来讲，如果想要防止出现 ConcurrentModificationException 异 常，那么当您正在进行迭代时，您必须使用一个在 List l 上同步的 synchronized 块将该 List 包装起来，从而锁住整个 List 。（或者，您也可 以调用 List.toArray() ，在不同步的情况下对数组进行迭代，但是如果列表比 较大的话这样做代价很高）。

清单 1. 同步的map中的公用竞争条件

Map m = Collections.synchr

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