1.同步容器类
（1）为什么会出现同步容器
- Java集合框架中，主要有四大类别：List、Set、Queue、Map。
- List、Set、Queue接口分别继承了Collection接口，Map本身是一个接口。
注意Collection和Map是一个顶层接口，而List、Set、Queue则继承了Collection接口，分别代表数组、集合和对列这三大容器。
像ArrayList、LinkedList都是实现List接口，HashSet实现了Set接口，而Deque继承了Queue接口，PriorityQueue实现了Queue接口。另外LinkedList实现了Deque接口。
像ArrayList、LinkedList、HashMap这些容器都是非线程安全的。如果有多个线程并发地访问这些容器时，就会出现问题。
因此，在编写程序时，必须要求程序员手动地在任何访问到这些容器的地方进行同步处理，这样导致在使用这些容器的时候非常地不方便。
所以，Java提供了同步容器供用户使用。
（2）Java中的同步容器类
Vector、Stack、HashTable
Collections类中提供的静态工厂方法创建的类
Vector实现了List接口，Vector实际上就是一个数组，和ArrayList类似，但是Vector中的方法都是synchronized方法，即进行了同步措施。
Stack也是一个同步容器，它的方法也是用synchronzied进行了同步，继承Vector类。
HashTable实现了Map接口，他和HashMap相似，但是HashTable进行了同步处理，而HashMap没有。
Collections类是一个工具提供类，注意，它和Collection不同，Collection是一个顶层的接口。在Collections类中提供了大量的方法，比如对集合或者容器进行排序、查找等操作。最重要的是，在它里面提供了几个静态工厂方法来创建同步容器类
（3）同步容器的缺陷
1.性能问题：传统的非同步容器和同步容器的性能差异，我们以ArrayList和Vector为例
public class Demo1 { public static void main(String[] args) { ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<>(); Vector<Integer> vector = new Vector<>(); long startTime = System.currentTimeMillis(); for (int i = 0; i < 100000; i++) { vector.add(i); } long endTime = System.currentTimeMillis(); System.out.println("vector循环10万次添加元素消耗的时间："+(endTime-startTime)+"ms"); long startTime1 = System.currentTimeMillis(); for (int i = 0; i < 100000; i++) { arrayList.add(i); } long endTime1 = System.currentTimeMillis(); System.out.println("ArrayList循环10万次添加元素消耗的时间："+(endTime1-startTime1)+"ms"); } }
进行同样多的插入操作，Vector的耗时是ArrayList的两倍。
这只是其中的一方面性能问题上的反映。
另外，由于Vector中的add方法和get方法都进行了同步，因此，在有多个线程进行访问时，如果多个线程都只是进行读取操作，那么每个时刻就只能有一个线程进行读取，其他线程便只能等待，这些线程必须竞争同一把锁。
因此为了解决同步容器的性能问题，在Java 1.5中提供了并发容器，位于java.util.concurrent目录下。
2.同步容器的安全性问题
Vector中的方法都进行了同步处理，那么一定就是线程安全的，事实上这可不一定。
public class Demo2 { private static Vector<Integer> vector = new Vector<>(); public static void main(String[] args) { while (true) { for (int i = 0; i < 10; i++) { vector.add(i); } Thread thread1 = new Thread(() -> { for (int i = 0; i < vector.size(); i++) { vector.remove(i); } }); Thread thread2 = new Thread(() -> { for (int i = 0; i < vector.size(); i++) { vector.get(i); } }); thread1.start(); thread2.start(); } } }
正如大家所看到的，这段代码报错了：数组下标越界。
也许有朋友会问：Vector是线程安全的，为什么还会报这个错？很简单，对于Vector，虽然能保证每一个时刻只能有一个线程访问它，但是不排除这种可能：
当某个线程在某个时刻执行这句时：
for(int i= 0;i < vector.size();i++) vector.get(i);
假若此时vector的size方法返回的是10，i的值为9
然后另外一个线程执行了这句：
for(int i= 0;i < vector.size();i++) vector.remove(i);
将下标为9的元素删除了。
那么通过get方法访问下标为9的元素肯定就会出问题了。
因此为了保证线程安全，必须在方法调用端做额外的同步措施，如下面所示：
public class Demo2 { private static Vector<Integer> vector = new Vector<>(); private static Object object = new Object(); public static void main(String[] args) { while (true) { for (int i = 0; i < 10; i++) { vector.add(i); } Thread thread1 = new Thread(() -> { synchronized (object) { for (int i = 0; i < vector.size(); i++) { vector.remove(i); } } }); Thread thread2 = new Thread(() -> { synchronized (object) { for (int i = 0; i < vector.size(); i++) { vector.get(i); } } }); thread1.start(); thread2.start(); } } }
3.ConcurrentModificationException异常
在对Vector等容器并发地进行迭代修改时，会报ConcurrentModificationException异常，关于这个异常将会在后续文章中讲述。但是在并发容器中不会出现这个问题。
2.并发容器类
（1）ConcurrectHashMap
HashMap、HashTable与ConcurrentHashMap都是实现的哈希表数据结构，在随机读取的时候效率很高。HashTable实现同步是利用synchronzied关键字进行锁定的，其实针对整张Hash表进行锁定，及每次锁住整张表让线程独占，在线程安全的背后是巨大的浪费。
ConcurrentHashMap和HashTable主要的区别就在于围绕这锁的粒度进行区别以及如何区锁定。
上图中，左边是HashTable的实现方式，可以看到锁住的是整张哈希表，而右边是ConcurrectHashMap的实现方式，单独锁住每一个桶（segment），ConcurrentHashMap将哈希表分为16个桶（默认值），诸如get()、put()、remove()等常用操作之锁定当前需要的桶，而size()才锁定整张表。原来只能一个线程进入，现在却能同时接受16个写线程并发进入（写线程需要锁定，而读线程几乎不受限制），并发性的提升是显而易见的。
而在迭代时，ConcurrentHashMap使用了不同于传统集合的快速失败迭代器（fast-fail iterator）的另外一种迭代方式，称为弱一致迭代器。在这种迭代方式中，当iterator被创建后集合在发生改变就不再是抛出ConcurrentModificationException，取而代之的是在改变时实例化出新的数据从而不影响原有的数据，iterator完成后在将头指针替换成为新的数据，这样iterator线程可以使用原来老的数据，而写线程也可以并发的完成改变，更重要的，这保证了多个线程并发执行的连续性和扩展性，是性能提升的关键。
public class Demo3 { public static void main(String[] args) { //Map<String,String> map = new ConcurrentHashMap<>(); //84ms //Map<String,String> map = new ConcurrentSkipListMap<>(); //108ms //Map<String,String> map = new Hashtable<>(); //92ms Map<String,String> map = new HashMap<>(); //139ms Random random = new Random(); Thread[] threads = new Thread[100]; CountDownLatch latch = new CountDownLatch(threads.length); long startTime = System.currentTimeMillis(); for (int i = 0; i < threads.length; i++) { threads[i] = new Thread(()->{ for (int j = 0; j < 10000; j++) { map.put(random.nextInt(1000000)+"",random.nextInt()+""); latch.countDown(); } }); } Arrays.asList(threads).forEach(thread -> thread.start()); try { latch.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } long endTime = System.currentTimeMillis(); System.out.println(endTime-startTime+"ms"); } }
运行结果：
ConcurrentHashMap:84ms ConcurrentSkipListMap:108ms Hashtable:92ms HashMap:139ms
启动100个线程，向每个容器中添加100000个元素，最终发现，ConcurrentHashMap要比HashMap效率高，ConcurrentHashMap是将大锁分成若干小锁，实现多个线程共同运行，锁以效率有很大差距。ConcurrentSkipListMap较ConcurrentHashMap除了实现高并发外还能对元素进行排序。
