线程安全的使用ArrayList和HashMap

前言

如果你看过源码,那么你肯定知道ArrayList和HashMap是线程不安全的，它们二者都采用了fast-fail机制。但之前小组考核的时候，学长问了我如何线程安全的使用HashMap，那时候确实直接呆滞了，话不多说，那么如何线程安全的实现二者呢？

线程安全使用ArrayList

Vector容器

对于Vector来说，它的实现方法几乎和ArrayList一模一样，唯一不同的就是Vector在每个方法前加入了synchronized关键字，对方法加入了重锁。当然Vector现在已经被弃用了。

SynchronizedList

它能把所有 List 接口的实现类转换成线程安全的List，比 Vector 有更好的扩展性和兼容性，SynchronizedList的构造方法如下：

final List list;
 
SynchronizedList(List list) {
    super(list);
    this.list = list;
}

SynchronizedList的部分方法源码如下：

public E get(int index) {
    synchronized (mutex) {return list.get(index);}
}
public E set(int index, E element) {
    synchronized (mutex) {return list.set(index, element);}
}
public void add(int index, E element) {
    synchronized (mutex) {list.add(index, element);}
}
public E remove(int index) {
    synchronized (mutex) {return list.remove(index);}
}

很可惜，它所有方法都是带同步对象锁的，和 Vector 一样，它不是性能最优的。即使你能说到这里，面试官还会继续往下追问，比如在读多写少的情况，SynchronizedList这种集合性能非常差，还有没有更合适的方案？

介绍两个并发包里面的并发集合类：

java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList

java.util.concurrent.CopyOnWriteArraySet

CopyOnWrite集合类也就这两个，Java 1.5 开始加入，你要能说得上这两个才能让面试官信服。 

CopyOnWriteArrayList

CopyOnWrite（简称：COW）：即复制再写入，就是在添加元素的时候，先把原 List 列表复制一份，再添加新的元素。

先来看下它的 add 方法源码：

public boolean add(E e) {
    // 加锁
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();
    try {
        // 获取原始集合
        Object[] elements = getArray();
        int len = elements.length;
        
        // 复制一个新集合
        Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
        newElements[len] = e;
        
        // 替换原始集合为新集合
        setArray(newElements);
        return true;
    } finally {
        // 释放锁
        lock.unlock();
    }
}

添加元素时，先加锁，再进行复制替换操作，最后再释放锁。

再来看下它的 get 方法源码：

private E get(Object[] a, int index) {
    return (E) a[index];
}
 
public E get(int index) {
    return get(getArray(), index);
}

可以看到，获取元素并没有加锁。

这样做的好处是，在高并发情况下，读取元素时就不用加锁，写数据时才加锁，大大提升了读取性能。

只适合于读多写少的情况，如果写多读少，使用这个就没意义了，因为每次写操作都要进行集合内存复制，性能开销很大，如果集合较大，很容易造成内存溢出。

线程安全的使用HashMap

• HashTable

- Map hashtable = new Hashtable<>();

- HashTable使用synchronized来保证线程安全的，所有线程竞争同一把锁，效率低

• ConcurrentHashMap

- Map concurrentHashMap = new ConcurrentHashMap<>();
- 使用锁分段技术：它包含一个segment数组，将数据分段存储，给每一段数据配一把锁，效率高
- Java8中使用CAS算法

• SynchronizedMap 

Map synchronizedHashMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap());
调用synchronizedMap()方法后会返回一个SynchronizedMap类的对象,而在SynchronizedMap类中使用了synchronized同步关键字来保证对Map的操作是安全的。