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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(fā)工具，比如：同步容器、并發(fā)容器、阻塞隊列等。

最常見的同步容器就是Vector和Hashtable了，那么，同步容器的所有操作都是線程安全的嗎?

這個問題不知道你有沒有想過，本文就來深入分析一下這個問題，一個很容易被忽略的問題。

1.同步容器

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(tài)工廠方法創(chuàng)建的類

本文拿相對簡單的Vecotr來舉例，我們先來看下Vector中幾個重要方法的源碼：

public synchronized boolean add(E e) { 
    modCount++; 
    ensureCapacityHelper(elementCount + 1); 
    elementData[elementCount++] = e; 
    return true; 
} 
 
public synchronized E remove(int index) { 
    modCount++; 
    if (index >= elementCount) 
        throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index); 
    E oldValue = elementData(index); 
 
    int numMoved = elementCount - index - 1; 
    if (numMoved > 0) 
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, 
                         numMoved); 
    elementData[--elementCount] = null; // Let gc do its work 
 
    return oldValue; 
} 
 
public synchronized E get(int index) { 
    if (index >= elementCount) 
        throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index); 
 
    return elementData(index); 
} 

可以看到，Vector這樣的同步容器的所有公有方法全都是synchronized的，也就是說，我們可以在多線程場景中放心的使用單獨這些方法，因為這些方法本身的確是線程安全的。但是，請注意上面這句話中，有一個比較關(guān)鍵的詞：單獨因為，雖然同步容器的所有方法都加了鎖，但是對這些容器的復(fù)合操作無法保證其線程安全性。需要客戶端通過主動加鎖來保證。簡單舉一個例子，我們定義如下刪除Vector中最后一個元素方法：

public Object deleteLast(Vector v){ 
    int lastIndex  = v.size()-1; 
    v.remove(lastIndex); 
} 

上面這個方法是一個復(fù)合方法，包括size()和remove()，乍一看上去好像并沒有什么問題，無論是size()方法還是remove()方法都是線程安全的，那么整個deleteLast方法應(yīng)該也是線程安全的。但是時，如果多線程調(diào)用該方法的過程中，remove方法有可能拋出ArrayIndexOutOfBoundsException。

Exception in thread "Thread-1" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: Array index out of range: 879 
    at java.util.Vector.remove(Vector.java:834) 
    at com.hollis.Test.deleteLast(EncodeTest.java:40) 
    at com.hollis.Test$2.run(EncodeTest.java:28) 
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:748) 

我們上面貼了remove的源碼，我們可以分析得出：當(dāng)index >= elementCount時，會拋出ArrayIndexOutOfBoundsException ，也就是說，當(dāng)當(dāng)前索引值不再有效的時候，將會拋出這個異常。因為removeLast方法，有可能被多個線程同時執(zhí)行，當(dāng)線程2通過index()獲得索引值為10，在嘗試通過remove()刪除該索引位置的元素之前，線程1把該索引位置的值刪除掉了，這時線程一在執(zhí)行時便會拋出異常。

為了避免出現(xiàn)類似問題，可以嘗試加鎖：

public void deleteLast() { 
    synchronized (v) { 
        int index = v.size() - 1; 
        v.remove(index); 
    } 
} 

如上，我們在deleteLast中，對v進(jìn)行加鎖，即可保證同一時刻，不會有其他線程刪除掉v中的元素。另外，如果以下代碼會被多線程執(zhí)行時，也要特別注意：

for (int i = 0; i < v.size(); i++) { 
    v.remove(i); 
} 

由于，不同線程在同一時間操作同一個Vector，其中包括刪除操作，那么就同樣有可能發(fā)生線程安全問題。所以，在使用同步容器的時候，如果涉及到多個線程同時執(zhí)行刪除操作，就要考慮下是否需要加鎖。

2.同步容器的問題

前面說過了，同步容器直接保證單個操作的線程安全性，但是無法保證復(fù)合操作的線程安全，遇到這種情況時，必須要通過主動加鎖的方式來實現(xiàn)。而且，除此之外，同步容易由于對其所有方法都加了鎖，這就導(dǎo)致多個線程訪問同一個容器的時候，只能進(jìn)行順序訪問，即使是不同的操作，也要排隊，如get和add要排隊執(zhí)行。這就大大的降低了容器的并發(fā)能力。

3.并發(fā)容器

針對前文提到的同步容器存在的并發(fā)度低問題，從Java5開始，java.util.concurent包下，提供了大量支持高效并發(fā)的訪問的集合類，我們稱之為并發(fā)容器。

針對前文提到的同步容器的復(fù)合操作的問題，一般在Map中發(fā)生的比較多，所以在ConcurrentHashMap中增加了對常用復(fù)合操作的支持，比如putIfAbsent()、replace()，這2個操作都是原子操作，可以保證線程安全。另外，并發(fā)包中的CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet是Copy-On-Write的兩種實現(xiàn)。Copy-On-Write容器即寫時復(fù)制的容器。通俗的理解是當(dāng)我們往一個容器添加元素的時候，不直接往當(dāng)前容器添加，而是先將當(dāng)前容器進(jìn)行Copy，復(fù)制出一個新的容器，然后新的容器里添加元素，添加完元素之后，再將原容器的引用指向新的容器。CopyOnWriteArrayList中add/remove等寫方法是需要加鎖的，而讀方法是沒有加鎖的。這樣做的好處是我們可以對CopyOnWrite容器進(jìn)行并發(fā)的讀，當(dāng)然，這里讀到的數(shù)據(jù)可能不是最新的。因為寫時復(fù)制的思想是通過延時更新的策略來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的最終一致性的，并非強(qiáng)一致性。但是，作為代替Vector的CopyOnWriteArrayList并沒有解決同步容器的復(fù)合操作的線程安全性問題。

4.總結(jié)

本文介紹了同步容器和并發(fā)容器。同步容器是通過加鎖實現(xiàn)線程安全的，并且只能保證單獨的操作是線程安全的，無法保證復(fù)合操作的線程安全性。并且同步容器的讀和寫操作之間會互相阻塞。并發(fā)容器是Java 5中提供的，主要用來代替同步容器。有更好的并發(fā)能力。而且其中的ConcurrentHashMap定義了線程安全的復(fù)合操作。在多線程場景中，如果使用并發(fā)容器，一定要注意復(fù)合操作的線程安全問題。必要時候要主動加鎖。在并發(fā)場景中，建議直接使用java.util.concurent包中提供的容器類，如果需要復(fù)合操作時，建議使用有些容器自身提供的復(fù)合方法。

【本文是51CTO專欄作者Hollis的原創(chuàng)文章，作者微信公眾號Hollis(ID：hollischuang)】

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