JUC之锁的问题和集合的使用

1.锁的应用

Java提供了各种各样的锁，每种锁因其特性的不同，在适当的场景或者能够展现出非常高的效率、或者解决安全问题，本文主要从和安全方面进行阐述。

2.锁的对象

2.1 synchronized锁的对象是方法的调用者，同一个对象，调用不同方法，谁先拿到锁，谁先执行；

2.2 如果是普通方法，则不受锁的影响，如果一起执行，synchronized的方法有延迟则，会优先执行普通方法；

2.3 synchronized锁的对象是方法的调用者，当有两个对象调用方法一起执行的时候，是有两把锁和两个调用者，这时候执行是按照时间来执行，有延迟的后执行；

2.4 当两个静态方法一起执行的时候，static修饰，时无论有多少个对象，由于一个类只有一个Class反射对象，全局唯一，所以依然是，谁先拿到锁，谁先执行;

2.5 当一个普通同步方法和一个静态方法一起执行的时候，由于锁的不同对象，普通同步方法锁的是对象（可以有很多个），而静态方法锁的是Class对象(全局只有一个)，所以是按照延迟的时间来判断是谁先执行的；

3.集合的使用

集合在单个线程中使用时，基本不会出现并发异常问题，但是如果在执行多线程的时候，经常要处理并发异常，下面就是一个经常出现的集合异常，并发修改异常：

Exception in thread "1" java.util.ConcurrentModificationException

3.1 解决集合并发的方法

3.1.1 使用Vector实现类

为什么使用Vector实现类会解决集合中的多线程安全问题，ArrayList实现类为什么会有出现并发修改异常这类多线程安全问题呢？

首先，我们查看一下List接口中的add方法，发现有许多实现方法，找到Vector和ArrayList中的不同实现来进行阐述：

Vector中的add方法，因为加了synchronized同步锁，所以在多线程执行的时候，始终是线程安全的，但也牺牲了效率；

public synchronized boolean add(E e) {
    modCount++;
    ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
    elementData[elementCount++] = e;
    return true;
}

而ArrayList中的add方法，并没有增加锁，保持了高效率，在单线程的时候基本不会出现问题，但是遇到多线程的时候，就会出现线程安全的问题了。

public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

3.1.2 使用Collections工具类下的同步方法

Collections是一个工具类，不能被实例化，提供了许多强大而丰富的集合相关的静态方法，其中就包括处理集合中的线程安全问题的各种同步方法，例如：

Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());

3.1.3 JUC中的CopyOnWriteArrayList

查看CopyOnWriteArrayList方法的构造方法会发现，底层是用transient volatile修饰的数组，这些正是保证线程安全的所在；

CopyOnWriteArrayList方法是一种采用读写分类，在写入时复制，完全后再赋值的策略；

例如：对数据A进行写入操作

3.1.3.1 复制A==》A1；

3.1.3.2 完成写入操作，即对A1进行修改操作；

3.1.3.3 再将修改后的A1复制给A；

3.1.3.4 如果在完成写入过程中，有人要读取数据A，则写入操作并不会影响到读取，读的还是原来的数据A，当写入完成后才会修改A为A1，这时候读取的就是新的数据A1的值，避免了读取数据异常的问题；

再完全写入后将数据赋值给原数据，在此期间如果有人读取数据

public CopyOnWriteArrayList() {
    setArray(new Object[0]);
}

final void setArray(Object[] a) {
    array = a;
}

private transient volatile Object[] array;

CopyOnWriteArrayList同样是List接口的实现类，其中实现的add方法，并没有使用synchronized同步锁也就不会影响效率，而是使用的Lock锁进行加锁，处理业务，解锁的操作；

public boolean add(E e) {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();
    try {
        Object[] elements = getArray();
        int len = elements.length;
        Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
        newElements[len] = e;
        setArray(newElements);
        return true;
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}