Vector和ArrayList的本质区别到底是什么？

昨天又看人讨论这个问题，发个帖，为新手整理思路，正本清源。

很多人面试、被面试的时候都会被反复问到这个蛋疼的问题：Vector和ArrayList区别是什么？（同理StringBuffer & StringBuilder,Hashtable & HashMap,etc.）

我想很多人都会说出这个以讹传讹了好多年的标准答案：Vector是同步的，ArrayList不是。

其实最主要的核心差别是(抛开API层面的接口关系不讲)，JDK1.4之前的这些类，API里面的public函数，都加了synchronized关键字，而JAVA5之后的ArrayList之类的结构，则取消了这个同步关键字限制。

 

取消是必然的，因为这个“同步”，现实在并发环境中起不到作用。

为了把问题简单一点，我们来看一个这样的结构。

public class MyList {
  private int length = 0;

  public synchronized int add(Object newElement) {
    //做添加的操作,blablabla
     length++;
  }

  public synchronized int size() {
    return this.length;
  }
  
}

好的，现在有一个MyList的实例，myList，被某线程的两个实例并发访问，线程A和线程B。

我们看看如果该线程类的实例，线程A和B都执行这样代码：

public void run() {
  if (myList.size() == 0) {
  //BTW:ArrayList里面应该用isEmpty()代替
    myList.add(new Element());
  }

}

 

让我们看看这个MyList类的代码是Thread Safe的吗？假设一个如下的执行顺序：

1.线程A执行myList.size()，这时候线程B也进入了myList.size()，但是只能等线程A的myList.size()执行完毕

2.线程A的myList.size()执行完毕，再没有执行add之前，线程B执行了myList.size()

3.线程A执行了add，无论如何，这时候线程B也要执行add了，因为都满足了myList.size() == 0

run()函数里面的逻辑并没有正确的被执行。

 

synchronized 加在非静态函数上，相当于instance作为锁，即等价于：

synchronized (this) {
 //code...
}

这个锁的粒度非常不好，即难以保证类内部的成员变量在并发下保持一致（如果有多个成员变量的话），也没法保证外面调用者的宏观逻辑是正确的，反倒降低了整体性能。

所以在JAVA5之后，JAVA把这个事情扔给了程序员，数据结构只是作为基础代码存在。

 

更具体的说，很多朋友都知道StringBuilder性能比StringBuffer好不少，其实作为项目整体层面来说，锁和拷贝是降低性能的罪魁祸首，尤其对于性能要求很极端的项目，应该尽量减少不必要的锁和拷贝；当然sun是提供api的，就更不能加入这样的不必要的同步代码了。

 

开发当中，如果一定需要锁，可以为具体的要保护的无关系的成员变量单独分配锁，这样可以保证获得最大的性能。

 

其实JAVA5还提供了很多用于并发的数据结构，比如ConcurrentMap的putIfAbsent就在一个比较好的粒度上给简化了程序员的代码，不会犯前面这个反例的错误。

 

将来，如果在scala、F#等FP语言能够普及，程序员也许不必再考虑这么多的并发问题。

评论

46 楼 hety163 2014-02-19  

新手表示：很懵……

45 楼 ironsabre 2011-02-28  

楼上讲得很好。

44 楼 windrain453 2011-02-28  

我觉得这个问题根本没讨论的必要。

vector是线程安全的，就如同一个房间，房门上有把锁，锁只有一个钥匙，当很多人想进房间，拿到那把能开锁的钥匙(姑且叫做A)才可以进入房间，而等到A退出房间并将钥匙随便给到在房门口等待的其他一人(姑且叫做B)的手上,B才可以进入房间，这样能保证房间里的资源在同一时间只被一个人占用。

arrayList不是线程安全的，就如同一个房门上没有锁的房间，因而所有的人都可以同时进入房间，房间里的资源在同一时间被多个人占用。这样在多线程中会出现问题。比如说那个资源是马桶，多个人进去抢那一个马桶势必大大出手形成竞争(race condition)。这样说不准没有一个人能正常如厕，所以arrayList在多线程里面用的话会很危险。

反过来看楼主的说法，楼主用多个线程来查看vector,然后再往vector里面添加数据。
if(vector.size() == 0){
Thread.sleep(100);
vector.add(new Element()); 
}
我故意加了个Thread.sleep();
这样会存在什么问题呢，多个线程都会看到vector的空间等于0，然后往vector里面添加元素。就如同多个人看到房间里面的马桶一次都没有用过，于是都想用第一次，然后他们该怎么做呢？排队拿钥匙进入房间用马桶。于是马桶被用了3次。
而如果在这里是arrayList会是什么情况呢？所有的人都进去用，有可能马桶只被用了1次(arrayList里面只存用一个元素)。那为什么明明3个人用过马桶，最后却只被用了一次呢，这个与试试矛盾啊，这就是因为房门没有锁，3个人有可能同时共用了一次马桶，这个与事实想违背，所以说arrayList是不安全的。

那么楼主说vector也是不安全的 因为上面的一段代码，这段代码就好比是房间(1)外面有一个更大的房间(2),房间(2)的房门没有锁，所以所有的人都可以进入房间(2)来看，这样房间（2）是不安全的，不安全的原因是楼主没把房间上锁，但是房间（2）不安全并不代表房间（1）不是安全的。

43 楼 aoliwen521 2011-02-28  

在多线程调用ArrayList的add方法的时候，就会出现问题，而Vector不会。确实Vector是线程安全的。只是这个安全，作用不够明显。

42 楼 ironsabre 2011-02-28  

class RealTimeClock
{
private int clkID;
public void setClockID(int id)
{
  clkID = id;
}
}
在这里，setClockId不需要同步，也能保证线程安全。这是由于int的赋值操作是原子的。这并不多可以理解为Java本身对他提供了同步的默认支持。
官方说法如下：32位或者更少位数的赋值是原子的。

如果把上面的int改成long（64位）。那么setClockId就不再是原子操作。也线程不再安全。如果要保证，那么加上synchronized。
当然后来jdk里Java又提供了一个AtomicLong之类的对象，这些对象能提供原子操作。

其实在讨论Vector和ArrayList的时候，是不需要出现到关于原子操作的讨论的。
它们俩跟原子操作就没关系。

41 楼 ironsabre 2011-02-28  

haigui.chen 写道

我觉得你应该说Vector所有的方法是“原子”的，我其实是没懂你脑子里面的“线程安全”怎么定义的...

引用

还没太懂，同步和线程安全是两个不同的概念...

多线程同时直接操作一个Vector，做add操作。不会有报错。
1000个add后，vector里就有1000个数据。

多线程同时直接操作一个ArrayList，做add操作。有可能报错，也有可能出现数据被重写掉。
1000个add后，vector里只有999个数据。或者执行期间有index异常。

Vecotr的所有方法都是线程安全的。ArrayList不是。

我不知道你哪儿不懂。

你错了。
我脑子里的线程安全定义就是标准定义。
在多线程和单线程下工作，Vector的所有API（同步的）能表现出一致的行为，而ArrayList的API不能。

40 楼 ironsabre 2011-02-28  

NanguoCoffee 写道

ironsabre 写道

NanguoCoffee 写道

ironsabre 写道

原子和线程安全的区别是什么，你说来听听。

嘿嘿，原子的肯定是线程安全的。
线程安全的不一定是原子的。

囧死了，我在说废话~~~~

你能举例说明吗。
我觉得你说的不对，你举出例子来我应该可以反驳你。

”原子的肯定是线程安全的“ 这句话就不用举例。

“线程安全的不一定是原子的”的例子：
String对象,Date对象，Integer, Double....
这些类貌似有一种叫法:不可变类

Vector按你的分类应该叫什么？原子or线程安全？

39 楼 ironsabre 2011-02-28  

我要先查一下。
但你的说法跟haigui.chen关于原子的说法是不一样的。
不明白为什么可以说到一起。

haigui.chen说道：我觉得你应该说Vector所有的方法是“原子”的，我其实是没懂你脑子里面的“线程安全”怎么定义的..
这句话明显应该是错的吧。

38 楼 NanguoCoffee 2011-02-28  

ironsabre 写道

NanguoCoffee 写道

ironsabre 写道

原子和线程安全的区别是什么，你说来听听。

嘿嘿，原子的肯定是线程安全的。
线程安全的不一定是原子的。

囧死了，我在说废话~~~~

你能举例说明吗。
我觉得你说的不对，你举出例子来我应该可以反驳你。

”原子的肯定是线程安全的“ 这句话就不用举例。

“线程安全的不一定是原子的”的例子：
String对象,Date对象，Integer, Double....
这些类貌似有一种叫法:不可变类

37 楼 ironsabre 2011-02-28  

NanguoCoffee 写道

ironsabre 写道

原子和线程安全的区别是什么，你说来听听。

嘿嘿，原子的肯定是线程安全的。
线程安全的不一定是原子的。

囧死了，我在说废话~~~~

你能举例说明吗。
我觉得你说的不对，你举出例子来我应该可以反驳你。

36 楼 haigui.chen 2011-02-26  

ironsabre 写道

原子和线程安全的区别是什么，你说来听听。

http://en.wikipedia.org/wiki/Thread_safe
http://en.wikipedia.org/wiki/Atomicity_(programming)

if (!vector.contains(element))
    vector.add(element);

这种存在race condition，同步，不安全

35 楼 jackfromchina 2011-02-26  

长见识了，以前确实只知道同步

34 楼 zhangyou1010 2011-02-25  

抛出异常的爱 写道

NanguoCoffee 写道

ironsabre 写道

原子和线程安全的区别是什么，你说来听听。

嘿嘿，原子的肯定是线程安全的。
线程安全的不一定是原子的。

囧死了，我在说废话~~~~

你可以说不是非要数据库才会有事务.....
不是非要hibernate才会有乐观锁

一个是制定的规范，一个是根据这个规范的一种实现？

33 楼 抛出异常的爱 2011-02-25  

NanguoCoffee 写道

ironsabre 写道

原子和线程安全的区别是什么，你说来听听。

嘿嘿，原子的肯定是线程安全的。
线程安全的不一定是原子的。

囧死了，我在说废话~~~~

你可以说不是非要数据库才会有事务.....
不是非要hibernate才会有乐观锁

32 楼 NanguoCoffee 2011-02-25  

ironsabre 写道

原子和线程安全的区别是什么，你说来听听。

嘿嘿，原子的肯定是线程安全的。
线程安全的不一定是原子的。

囧死了，我在说废话~~~~

31 楼 ironsabre 2011-02-25  

原子和线程安全的区别是什么，你说来听听。

30 楼 haigui.chen 2011-02-25  

我觉得你应该说Vector所有的方法是“原子”的，我其实是没懂你脑子里面的“线程安全”怎么定义的...

引用

还没太懂，同步和线程安全是两个不同的概念...

多线程同时直接操作一个Vector，做add操作。不会有报错。
1000个add后，vector里就有1000个数据。

多线程同时直接操作一个ArrayList，做add操作。有可能报错，也有可能出现数据被重写掉。
1000个add后，vector里只有999个数据。或者执行期间有index异常。

Vecotr的所有方法都是线程安全的。ArrayList不是。

我不知道你哪儿不懂。

29 楼 ironsabre 2011-02-25  

haigui.chen 写道

ironsabre 写道

haigui.chen 写道

ironsabre 写道

haigui.chen 写道

谁说Vector线程安全，我和谁急

我觉得你没有真的理解线程安全。

可能是，在put if absent 下面，vector还会是线程安全的么？

vector本身是线程安全的，放在哪都是。
但vector本身的线程安全不能保证你使用了vector的应用程序是线程安全的。
懂了吗？

还没太懂，同步和线程安全是两个不同的概念...

多线程同时直接操作一个Vector，做add操作。不会有报错。
1000个add后，vector里就有1000个数据。

多线程同时直接操作一个ArrayList，做add操作。有可能报错，也有可能出现数据被重写掉。
1000个add后，vector里可能只有999个数据。或者执行期间有index异常。

Vecotr的所有方法都是线程安全的。ArrayList不是。

我不知道你哪儿不懂。

28 楼 NanguoCoffee 2011-02-25  

Crusader 写道

NanguoCoffee 写道

LS几位大哥，线程安全的概念是什么呀？ 弄清楚没？
我理解的线程概念：
如果某个个类的一个对象，对于能够修改这个对象状态(如add)或者调用其他方法会影响其结果(如get)的任何方法，多线程调用任一方法时，能够保证任意时刻仅有一个线程能执行，
那么这个类就是线程安全的类。

怎么看你这句话都是错的，单CPU有真正意义上的线程"并发"吗?

不明白你说的意思。什么叫真正意义上的线程"并发"?
难道你认为N个CPU下同时运行N个线程才叫并发？这种情况我理解为并行。

27 楼 haigui.chen 2011-02-25  

ironsabre 写道

haigui.chen 写道

ironsabre 写道

haigui.chen 写道

谁说Vector线程安全，我和谁急

我觉得你没有真的理解线程安全。

可能是，在put if absent 下面，vector还会是线程安全的么？

vector本身是线程安全的，放在哪都是。
但vector本身的线程安全不能保证你使用了vector的应用程序是线程安全的。
懂了吗？

还没太懂，同步和线程安全是两个不同的概念...