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同步 Java 集合简介

1. 概述

集合框架是Java的关键组件。它提供了大量的接口和实现，使我们能够以简单的方式创建和操作不同类型的集合。

尽管使用普通的不同步集合总体上很简单，但在多线程环境（也称为并发编程）中工作时，它也可能成为一个令人生畏且容易出错的过程。

因此，Java 平台通过在Collections(.base/java/util/Collections.html#synchronizedCollection(java.util.Collection%29)类中实现的不同同步包装器为此方案提供了强大的支持。

通过这些包装器，可以通过多个静态工厂方法轻松创建所提供集合的同步视图。

在本教程中，我们将深入探讨这些静态同步包装器。此外，我们还将重点介绍同步集合和并发集合之间的区别。

2.syncdCollection方法

我们将在本综述中介绍的第一个同步包装器是syncdCollection（） 方法。顾名思义，它返回由指定集合备份的线程安全集合。

现在，为了更清楚地了解如何使用此方法，让我们创建一个基本的单元测试：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
Collection<Integer> syncCollection = Collections.synchronizedCollection(new ArrayList<>());
    Runnable listOperations = () -> {
        syncCollection.addAll(Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6));
    };
    
    Thread thread1 = new Thread(listOperations);
    Thread thread2 = new Thread(listOperations);
    thread1.start();
    thread2.start();
    thread1.join();
    thread2.join();
    
    assertThat(syncCollection.size()).isEqualTo(12);
}
Copy

如上所示，使用此方法创建所提供集合的同步视图非常简单。

为了演示该方法实际上返回线程安全集合，我们首先创建几个线程。

之后，我们以 lambda 表达式的形式将一个Runnable实例注入到它们的构造函数中。请记住，Runnable是一个函数式接口，因此我们可以将其替换为 lambda 表达式。

最后，我们只检查每个线程是否有效地将六个元素添加到同步集合中，因此其最终大小为 12。

3.syncdList方法

同样，与syncdCollection（） 方法类似，我们可以使用syncdList（）包装器创建一个同步列表。

正如我们所料，该方法返回指定列表的线程安全视图：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
List<Integer> syncList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());Copy

不出所料，syncdList（） 方法的使用看起来与其更高级别对应的 synchronizedCollection（） 几乎相同。

因此，正如我们在上一个单元测试中所做的那样，一旦我们创建了一个同步的 List，我们就可以生成多个线程。完成此操作后，我们将使用它们以线程安全的方式访问/操作目标列表。

此外，如果我们想迭代同步集合并防止意外结果，我们应该显式提供我们自己的线程安全循环实现。因此，我们可以使用同步块来实现这一点：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
List<String> syncCollection = Collections.synchronizedList(Arrays.asList("a", "b", "c"));
List<String> uppercasedCollection = new ArrayList<>();
    
Runnable listOperations = () -> {
    synchronized (syncCollection) {
        syncCollection.forEach((e) -> {
            uppercasedCollection.add(e.toUpperCase());
        });
    }
};
Copy

在我们需要迭代同步集合的所有情况下，我们应该实现这个习惯用法。这是因为同步集合上的迭代是通过对集合的多次调用来执行的。因此，它们需要作为单个原子操作执行。

同步块的使用确保了操作的原子性。

4.syncdMap方法

Collections类实现了另一个简洁的同步包装器，称为syncdMap（）。我们可以使用它来轻松创建同步Map。

该方法返回提供的Map实现的线程安全：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
Map<Integer, String> syncMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
Copy

5.syncdSortedMap方法

还有一个syncdMap（） 方法的对应实现。它被称为syncdSortedMap（），我们可以用它来创建一个同步的SortedMap实例：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
Map<Integer, String> syncSortedMap = Collections.synchronizedSortedMap(new TreeMap<>());
Copy

6.syncdSet方法

接下来，在这篇文章中我们有syncdSet（） 方法。顾名思义，它允许我们以最小的麻烦创建同步集。

包装器返回由指定Set 支持的线程安全集合：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
Set<Integer> syncSet = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());
Copy

7.syncdSortedSet方法

最后，我们将在这里展示的最后一个同步包装器是syncdSortedSet（）。

与到目前为止我们审查过的其他包装器实现类似，该方法返回给定SortedSet 的线程安全版本：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
SortedSet<Integer> syncSortedSet = Collections.synchronizedSortedSet(new TreeSet<>());
Copy

8. ConcurrentHashMap和BlockingQueue

到目前为止，我们仔细研究了集合框架的同步包装器。

现在，让我们关注同步集合和并发集合之间的差异，例如ConcurrentHashMap和BlockingQueue实现。

8.1. 同步集合

同步集合通过内在锁定实现线程安全，并且整个集合都是锁定的。内在锁是通过封装集合的方法中的同步块实现的。

正如我们所期望的，同步集合可以确保多线程环境中的数据一致性/完整性。然而，它们可能会带来性能上的损失，因为一次只能有一个线程访问集合(也称为同步访问)。

有关如何使用同步方法和块的详细指南，请查看我们关于该主题的文章。

8.2. 并发集合

并发集合（例如ConcurrentHashMap）通过将其数据划分为段来实现线程安全。例如，在ConcurrentHashMap中，不同的线程可以在每个段上获取锁，因此多个线程可以同时访问Map（也称为并发访问）。

由于并发线程访问的固有优势，并发集合的性能比同步集合高得多。

因此，选择使用哪种类型的线程安全集合取决于每个用例的要求，应相应地对其进行评估。

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