Java容器

Java提供了很多容器類，方便使用者使用。關鍵介面圖如下（圖片來源自The Java™ Tutorials），

• Collection——集合框架結構的根節點。Java並沒有提供該介面的具體實現，但是提供了Collection子介面，比如Set，List的具體實現。
• Set——沒有重複元素的集合。
• List——有序的集合（或稱為序列）。可以包括重複元素。
• Queue——用於儲存多個待處理的元素。典型地（但非必須），滿足FIFO（先進先出）規則。
• Deque——儲存多個待處理的元素。支援先進先出（FIFO）和先進後出（LIFO）。雙向，元素可以在兩個方向新增或刪除。
• Map——將鍵（key）對映到值（value）的結構。不能包含相同的key，每個key至多對映到一個value。

同步容器類

我們平時用的ArrayList，Queue，HashMap，都不是同步安全的。如果我們在多個執行緒中這些類的例項，就可能發生執行緒干擾或記憶體一致性錯誤。

我們可以使用同步訪問來解決這個問題，但是Java已經幫我們實現了，這就是接下來的同步容器類。同步容器類包括：

• Vector和Hashtable，還有繼承Vector的Stack類。
• Collections.synchronizedXxx等工廠方法建立的類。

這些類實現執行緒安全的方法是：將它們的成員變數設定為私有（狀態封裝），並對每個公有方法都進行同步，使得每次只有一個執行緒能訪問類的例項。

我們可以方便得使用這些同步容器來實現多個執行緒同步訪問。但是並不意味同步容器可以完全保證執行緒安全。考慮以下的例子，

    public static Object getLast(Vector vector) {
        int lastIndex = vector.size() - 1;
        return vector.get(lastIndex);
    }

    public static void deleteLast(Vector vector) {
        int lastIndex = vector.size() - 1;
        vector.remove(lastIndex);
    }

這兩個程式碼都會執行“先檢查再執行”操作。先獲得向量的大小，然後根據結果來得到或刪除最後一個元素。如果這兩個程式碼執行在兩個執行緒中，會發生以下的執行序列，

1. getLast得到向量大小，為10，
2. deleteLast得到向量大小，為10，
3. deleteLast刪除最後一個元素，此時向量的大小為9
4. getLast得到最後一個元素，get(9)，但是由於deleteLast將最後一個元素刪除，此時長度為9，所以此時會出錯。

容器上常見的複合操作包括：迭代、跳轉以及條件運算，例如“沒有則新增”。在同步容器中，這些複合操作是執行緒安全的，但是在其他執行緒併發地修改容器時，就會發生意料之外的行為。比如上面的例子。

我們可以通過客戶端加鎖來解決該問題，使得getLast和deleteLast成為原子操作，確保vector的大小在呼叫size和get之間不會發生變化，示例程式碼如下：

    public static Object getLast(Vector vector) {
        synchronized (vector) {
            int lastIndex = vector.size() - 1;
            return vector.get(lastIndex);
        }
    }

    public static void deleteLast(Vector vector) {
        synchronized (vector) {
            int lastIndex = vector.size() - 1;
            vector.remove(lastIndex);
        }
    }

併發容器類

同步容器將所有對容器狀態的訪問都序列化，來實現執行緒安全性。這種方法的代價是嚴重降低併發性，當多個執行緒競爭容器的鎖時，吞吐量將嚴重降低。

Java 提供了多種併發容器來改善同步容器的效能。另外，併發容器是針對多個執行緒併發訪問設計的。

• 替代Map的ConcurrentHashMap
• 替代SortedMap的ConcurrentSkipListMap
• 替代SortedSet的ConcurrentSkipListSet
• 替代List的CopyOnWriteArrayList
• ConcurrentLinkedQueue，先進先出佇列
• BlockingQueue，貨站了Queue，支援可阻塞的插入和獲取等操作