Java同步容器与并发容器的区别（新手必看）

在 Java 集合框架中，主要有 List、Set、Map 和 Queue 几大类并发容器，它们的大多数实现默认都是非线程安全的，比如 ArrayList、LinkedList、HashMap 等容器都是非线程安全的。

在多线程环境中，使用这些非线程安全的容器就会出现问题，需要我们在编写程序时手动处理，非常不方便，因此 Java 提供了一些同步容器供开发者使用。

同步容器是设计用来在并发环境下安全使用的数据结构，内置了多线程操作所需的同步措施。这使得开发者能够在多线程程序中直接使用这些容器，而无须担心线程安全问题。

同步容器通常分为两种类型，分别是普通同步类和通过 Collections 类包装的内部同步类。

Java同步容器

1) 普通同步类

普通同步类有 Vector、Stack 和 HashTable，它们依靠给每个关键方法加上 synchronized 关键字来实现线程安全。

比如 Vector 容器中的 get() 和 set() 方法的源码定义如下：

public synchronized E get(int index) {
    if (index >= elementCount)
          throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
    return elementData(index);
}
public synchronized E set(int index, E element) {
    if (index >= elementCount)
          throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
    E oldValue = elementData(index);
    elementData[index] = element;
    return oldValue;
}

使用 synchronized 关键字可以使每次只有一个线程能够执行这些同步的方法，从而保证操作的原子性。

2) 内部同步类

内部同步类同步容器是通过 Collections 类创建的，通过 SynchronizedList() 和 SynchronizedSet() 方法，将原始容器包装成内部同步类 SynchronizedCollection 对象，并在关键代码块上利用 synchronized 锁定实现同步，从而创建出线程安全的容器。

SynchronizedCollection 部分源码定义如下：

static class SynchronizedCollection<E> implements Collection<E>, Serializable {
    // 内部实现细节
    public boolean add(E e) {
        synchronized (mutex) {
            return c.add(e);
        }
    }
    // 其他方法
}

从源码中可以发现，在 SynchronizedCollection 内部同步类中，通过为操作指定一个锁对象 mutex 来保证方法的线程同步。

通过对同步容器的介绍，我们发现同步容器在性能上存在不足，由于对所有操作都添加了同步锁，对于需要多步骤的复合操作，同步容器有时候并不能保证线程安全。

为了解决同步容器的这些问题，Java 提供了多种并发容器，例如 ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList 等。这些容器利用分段锁、无锁 CAS 算法等技术，将对共享资源的串行操作转换为并行操作，从而显著提升性能。

以 ConcurrentHashMap 和 HashTable 为例，虽然它们都是线程安全的 Map 集合，但是 ConcurrentHashMap 的性能比 HashTable 的性能要高，原因如下：

HashTable 是同步容器，采用 synchronized 关键字锁定实现同步，其本质是对整张 HashTable 进行锁定，每次锁定整张表让线程独占，因此 HashTable 保证线程安全其实是以性能损耗为代价的。
ConcurrentHashMap 是 JUC 提供的并发容器，它使用一种称为“分区锁定”或“段锁定”的技术。该技术将内部数据结构分为一定数量的段（Segment），每个段本质上是一个小的 HashMap，并且拥有自己的锁。默认情况下，这些段的数量是 16，也就是说，整个 ConcurrentHashMap 可以有 16 把锁，从而减小锁的粒度，提高并发访问的效率。
在较新的 Java 版本中，设计者对 ConcurrentHashMap 进行了重新设计和优化，去除了原有的段结构，改为在节点级别上使用锁，锁的粒度更小了，性能也得到了进一步提升。

Java同步容器和并发容器的区别

同步容器和并发容器都是线程安全的，但是它们在设计和性能特征上有显著差异。以下是两者的主要区别。

1) 锁的粒度

同步容器：通常在方法级别进行同步，这种方法简单但会导致较大的性能开销，特别是在高并发场景中。
并发容器：使用更精细的锁定策略（如分段锁定或无锁技术）来减少线程间的竞争。

2) 并发性能

同步容器：由于使用了重量级的锁定机制，当多个线程频繁访问容器时，同步容器的性能可能会显著下降。
并发容器：通常能提供更高的并发级别和更好的性能，特别是当读取操作远多于写入操作时。

3) 设计目的

同步容器：设计于早期的 Java 版本中，主要解决单线程容器在多线程环境中的线程安全问题。
并发容器：专为满足现代多核、并发编程的需求而设计，提供更强大的线程安全性能。

4) 内存一致性影响

同步容器：保证内存一致性是通过在每个方法上使用 synchronized 键字来实现的。
并发容器：使用了更复杂的机制来保证操作的原子性和内存可见性，例如使用 volatile 变量、CAS 操作和内部锁机制。

通过对比可知，同步容器在多线程环境中提供了基本的线程安全，但在高并发情况下可能会成为性能瓶颈。相反，并发容器通过锁的精细化和其他高级并发技术，提供了更好的性能和可伸缩性。

在实际应用中，应根据实际场景选择合适的容器类型。

Java同步容器与并发容器的区别（新手必看）