Explain the thread safety of various collections in java

thread safety

First of all, we must understand the working principle of threads. JVM has a main memory, and each thread has its own working 

memory, when a thread operates on a variable, it must be in its own working 

Create a copy in memory, and then write to main after the operation 

memory. When multiple threads operate on the same variable at the same time, unpredictable results may occur. According to the above explanation, it is easy to come up with the corresponding scenario. 

The key to using synchronized is to create a monitor. This monitor can be a variable to be modified or other objects you think are appropriate, such as a method, and then lock the monitor to achieve thread safety. After each thread acquires the lock, After the process of load to workingmemory -> use&assign -> store to mainmemory is executed, the lock it gets will be released. This achieves the so-called thread safety.

What is thread safety? How is thread safety accomplished (principle)? Thread safety means that multiple threads access the same code without producing indeterminate results. Writing thread-safe code is less dependent on thread synchronization.

java related collections

Vector、ArrayList、LinkedList

Vector and ArrayList are very similar in use, both can be used to represent a collection of variable number of object applications, and the elements can be accessed randomly.  

　　 The methods of Vector are all synchronized and thread-safe, while the methods of ArrayList and LinkedList are not. Because the synchronization of threads will inevitably affect the performance, the performance of ArrayList is better than that of Vector.  

Difference between ArrayList and LinkedList  

　　 对于处理一列数据项,Java提供了两个类ArrayList和LinkedList,ArrayList的内部实现是基于内部数组Object[],所以从概念上讲,它更象数组，但LinkedList的内部实现是基于一组连接的记录,所以,它更象一个链表结构，所以,它们在性能上有很大的差别。  

　　 从上面的分析可知,在ArrayList的前面或中间插入数据时,你必须将其后的所有数据相应的后移,这样必然要花费较多时间，所以,当你的操作是在一列数据的后面添加数据而不是在前面或中间,并且需要随机地访问其中的元素时,使用ArrayList会提供比较好的性能  

　　 而访问链表中的某个元素时,就必须从链表的一端开始沿着连接方向一个一个元素地去查找,直到找到所需的元素为止，所以,当你的操作是在一列数据的前面或中间添加或删除数据,并且按照顺序访问其中的元素时,就应该使用LinkedList了。  

　　 如果在编程中,1，2两种情形交替出现,这时,你可以考虑使用List这样的通用接口,而不用关心具体的实现，在具体的情形下,它的性能由具体的实现来保证。    

HashTable,HashMap,HashSet

什么是HashSet

HashSet实现了Set接口，它不允许集合中有重复的值，当我们提到HashSet时，第一件事情就是在将对象存储在HashSet之前，要先确保对象重写equals()和hashCode()方法，这样才能比较对象的值是否相等，以确保set中没有储存相等的对象。如果我们没有重写这两个方法，将会使用这个方法的默认实现。

public boolean add(Object o)方法用来在Set中添加元素，当元素值重复时则会立即返回false，如果成功添加的话会返回true。

什么是HashMap

HashMap实现了Map接口，Map接口对键值对进行映射。Map中不允许重复的键。Map接口有两个基本的实现，HashMap和TreeMap。TreeMap保存了对象的排列次序，而HashMap则不能。HashMap允许键和值为null。HashMap是非synchronized的，但collection框架提供方法能保证HashMap synchronized，这样多个线程同时访问HashMap时，能保证只有一个线程更改Map。

public Object put(Object Key,Object value)方法用来将元素添加到map中

什么是HashTable

Hashtable同样是基于哈希表实现的，同样每个元素是一个key-value对，其内部也是通过单链表解决冲突问题，容量不足（超过了阀值）时，同样会自动增长。

  Hashtable也是JDK1.0引入的类，是线程安全的，能用于多线程环境中。

  Hashtable同样实现了Serializable接口，它支持序列化，实现了Cloneable接口，能被克隆。

HashMap和Hashtable的区别

Hashtable继承自Dictionary类，而HashMap继承自AbstractMap类。但二者都实现了Map接口。但决定用哪一个之前先要弄清楚它们之间的分别。主要的区别有：线程安全性，同步(synchronization)，以及速度。

1. HashMap几乎可以等价于Hashtable，除了HashMap是非synchronized的，并可以接受null(HashMap可以接受为null的键值(key)和值(value)，而Hashtable则不行)。
2. HashMap是非synchronized，而Hashtable是synchronized，这意味着Hashtable是线程安全的，多个线程可以共享一个Hashtable；而如果没有正确的同步的话，多个线程是不能共享HashMap的。Java 5提供了ConcurrentHashMap，它是HashTable的替代，比HashTable的扩展性更好。
3. 另一个区别是HashMap的迭代器(Iterator)是fail-fast迭代器，而Hashtable的enumerator迭代器不是fail-fast的。所以当有其它线程改变了HashMap的结构（增加或者移除元素），将会抛出ConcurrentModificationException，但迭代器本身的remove()方法移除元素则不会抛出ConcurrentModificationException异常。但这并不是一个一定发生的行为，要看JVM。这条同样也是Enumeration和Iterator的区别。
4. 由于Hashtable是线程安全的也是synchronized，所以在单线程环境下它比HashMap要慢。如果你不需要同步，只需要单一线程，那么使用HashMap性能要好过Hashtable。
5. HashMap不能保证随着时间的推移Map中的元素次序是不变的。

6. 
   

   HashSet和HashMap的区别

   *HashMap*	*HashSet*
   HashMap实现了Map接口	HashSet实现了Set接口
   HashMap储存键值对	HashSet仅仅存储对象
   使用put()方法将元素放入map中	使用add()方法将元素放入set中
   HashMap中使用键对象来计算hashcode值	HashSet使用成员对象来计算hashcode值，对于两个对象来说hashcode可能相同，所以equals()方法用来判断对象的相等性，如果两个对象不同的话，那么返回false
   HashMap比较快，因为是使用唯一的键来获取对象	HashSet较HashMap来说比较慢

   注意

1) sychronized意味着在一次仅有一个线程能够更改Hashtable。就是说任何线程要更新Hashtable时要首先获得同步锁，其它线程要等到同步锁被释放之后才能再次获得同步锁更新Hashtable。

2) Fail-safe和iterator迭代器相关。如果某个集合对象创建了Iterator或者ListIterator，然后其它的线程试图“结构上”更改集合对象，将会抛出ConcurrentModificationException异常。但其它线程可以通过set()方法更改集合对象是允许的，因为这并没有从“结构上”更改集合。但是假如已经从结构上进行了更改，再调用set()方法，将会抛出IllegalArgumentException异常。

3) 结构上的更改指的是删除或者插入一个元素，这样会影响到map的结构。

我们能否让HashMap同步？

HashMap可以通过下面的语句进行同步：
Map m = Collections.synchronizeMap(hashMap);

结论

Hashtable和HashMap有几个主要的不同：线程安全以及速度。仅在你需要完全的线程安全的时候使用Hashtable，而如果你使用Java 5或以上的话，请使用ConcurrentHashMap吧。

TreeMap和TreeSet的区别与联系

相同点：

1. TreeMap和TreeSet都是有序的集合（非线程安全的），也就是说他们存储的值都是排好序的。

• TreeMap和TreeSet都是非同步集合，因此他们不能在多线程之间共享，不过可以使用方法Collections.synchroinzedMap()来实现同步
• 运行速度都要比Hash集合慢，他们内部对元素的操作时间复杂度为O(logN)，而HashMap/HashSet则为O(1)。
• 要求存放的对象所属的类必须实现Comparable接口，该接口提供了比较元素的compareTo()方法，当插入元素时会回调该方法比较元素的大小。
  

不同点：

1. 最主要的区别就是TreeSet和TreeMap分别实现Set和Map接口

• TreeSet只存储一个对象，而TreeMap存储两个对象Key和Value（仅仅key对象有序）
• TreeSet中不能有重复对象，而TreeMap中可以存在
• TreeMap的底层采用红黑树的实现，完成数据有序的插入，排序。因此它要求一定要有Key比较的方法，要么传入Comparator实现，要么key对象实现Comparable接口。
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参考自：http://www.jb51.net/article/125541.htm

             http://www.importnew.com/7010.html