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多執行緒環境中安全使用集合API

在集合API中,最初設計的Vector和Hashtable是多執行緒安全的。例如:對於Vector來說,用來新增和刪除元素的方法是同步的。如果只有一個執行緒與Vector的例項互動,那麼,要求獲取和釋放物件鎖便是一種浪費,另外在不必要的時候如果濫用同步化,也有可能會帶來死鎖。因此,對於更改集合內容的方法,沒有一個是同步化的。集合本質上是非多執行緒安全的,當多個執行緒與集合互動時,為了使它多執行緒安全,必須採取額外的措施。

在Collections類 中有多個靜態方法,它們可以獲取通過同步方法封裝非同步集合而得到的集合:

  • public static Collection synchronizedCollention(Collection c)
  • public static List synchronizedList(list l)
  • public static Map synchronizedMap(Map m)
  • public static Set synchronizedSet(Set s)
  • public static SortedMap synchronizedSortedMap(SortedMap sm)
  • public static SortedSet synchronizedSortedSet(SortedSet ss)

這些方法基本上返回具有同步集合方法版本的新類。比如,為了建立多執行緒安全且由ArrayList支援的List,可以使用如下程式碼:

List list = Collection.synchronizedList(new ArrayList());

注意,ArrayList例項馬上封裝起來,不存在對未同步化ArrayList的直接引用(即直接封裝匿名例項)。這是一種最安全的途徑。如果另一個執行緒要直接引用ArrayList例項,它可以執行非同步修改。

下面給出一段多執行緒中安全遍歷集合元素的示例。我們使用Iterator逐個掃描List中的元素,在多執行緒環境中,當遍歷當前集合中的元素時,一般希望阻止其他執行緒新增或刪除元素。安全遍歷的實現方法如下:

import java.util.*;  
  
public class SafeCollectionIteration extends Object {  
    public static void main(String[] args) {  
        //為了安全起見,僅使用同步列表的一個引用,這樣可以確保控制了所有訪問  
        //集合必須同步化,這裡是一個List  
        List wordList = Collections.synchronizedList(new ArrayList());  
  
        //wordList中的add方法是同步方法,會獲取wordList例項的物件鎖  
        wordList.add("Iterators");  
        wordList.add("require");  
        wordList.add("special");  
        wordList.add("handling");  
  
        //獲取wordList例項的物件鎖,  
        //迭代時,阻塞其他執行緒呼叫add或remove等方法修改元素  
        synchronized ( wordList ) {  
            Iterator iter = wordList.iterator();  
            while ( iter.hasNext() ) {  
                String s = (String) iter.next();  
                System.out.println("found string: " + s + ", length=" + s.length());  
            }  
        }  
    }  
}  

這裡需要注意的是:在Java語言中,大部分的執行緒安全類都是相對執行緒安全的,它能保證對這個物件單獨的操作時執行緒安全的,我們在呼叫的時候不需要額外的保障措施,但是對於一些特定的連續呼叫,就可能需要在呼叫端使用額外的同步手段來保證呼叫的正確性。例如Vector、HashTable、Collections的synchronizedXxxx()方法包裝的集合等。

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