C/C++教程
【JUC并发编程05】集合的线程安全
本文主要是介绍【JUC并发编程05】集合的线程安全，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！
文章目录
- 5 集合的线程安全
- 5.1 集合线程不安全演示
- 5.2 解决方案-Vector
- 5.3 解决方案-Collections
- 5.4 解决方案-CopyOnWriteArrayList
- 5.5 对上述三种方式的总结
- 5.6 HashSet的线程不安全
- 5.7 HashMap的线程不安全
5 集合的线程安全
5.1 集合线程不安全演示
在学习集合线程安全之前，先来看一下为什么在多线程中会出现不安全。
以 ArrayList 为例，我们进入 ArrayList 源码，找到 add() 方法，源码如下
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
显然，add() 方法没有使用同步互斥，所以在多线程并发是，会出现线程异常，测试代码如下
public class SetUnsefertyTest {
public static void main(String[] args) {
// 创建ArrayList 集合
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
// 创建10个线程，往 list 中添加元素
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(()->{
// 向集合中添加内容
list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,8));
// 从集合中取出内容
System.out.println(list);
},String.valueOf(i)).start();
}
}
}
会出现如下异常
解决该方法主要有三种，即使用这三个类：Vector、Collections、CopyOnWriteArrayList（常用）
5.2 解决方案-Vector
进入在Vector的底层实现，找到 add() 方法是线程安全的，源代码如下，可以发现 Vector 将 add() 加上同步关键字了
public synchronized boolean add(E e) {
modCount++;
ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
elementData[elementCount++] = e;
return true;
}
但是 Vector 用的不多，因为每次对添加的元素上锁，而且使用的是重量级锁synchronized是十分占用资源的，效率是十分低下的。其用法和 ArrayList 一样。
5.3 解决方案-Collections
进入 Collections 的底层，找到 synchronizedList(List list) 方法，源代码如下，synchronizedList(List list) 方法返回指定列表支持的同步（线程安全的）列表
public static <T> List<T> synchronizedList(List<T> list) {
return (list instanceof RandomAccess ?
new SynchronizedRandomAccessList<>(list) :
new SynchronizedList<>(list));
}
static <T> List<T> synchronizedList(List<T> list, Object mutex) {
return (list instanceof RandomAccess ?
new SynchronizedRandomAccessList<>(list, mutex) :
new SynchronizedList<>(list, mutex));
}
对 Collections 的使用如下
List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
5.4 解决方案-CopyOnWriteArrayList
这种方法用的最多。
CopyOnWriteArrayList涉及的底层原理为 写时复制技术
- 读的时候并发（多个线程操作）
- 写的时候独立，先复制相同的空间到某个区域，将其写到新区域，旧新合并，并且读新区域（每次加新内容都写到新区域，覆盖合并之前旧区域，读取新区域添加的内容）
进入 CopyOnWriteArrayList 底层，来看一下它是怎么实现的，其 add() 源代码如下
public boolean add(E e) {
// 声明一个重进入锁
final ReentrantLock lock = this.lock;
// 上锁
lock.lock();
try {
// 获取原来的列表
Object[] elements = getArray();
// 获取原来列表的长度
int len = elements.length;
// 复制一个与原来的列表一样的列表
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
// 将新加入的元素放到列表末尾
newElements[len] = e;
// 旧新合并
setArray(newElements);
return true;
} finally {
// 解锁
lock.unlock();
}
}
对 CopyOnWriteArrayList 的使用如下
List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
5.5 对上述三种方式的总结
对比三者来看，Vector和Collections虽然也可以实现同步，但由于这两种方法在底层都使用了synchronized重量级锁，使其效率很低，所以对 ArrayList 的同步主要采用 CopyOnWriteArrayList
5.6 HashSet的线程不安全
HashSet 同时读写时也会出现 ConcurrentModificationException 异常
进入 HashSet 底层，来看一下它是怎么实现的，其 add() 源代码如下
public boolean add(E e) {
return map.put(e, PRESENT)==null;
}
显然，他的问题和 ArrayList 一样，没有对 add(E e) 方法做同步处理
其解决方法与 CopyOnWriteArrayList 类似，在 JDK1.8 中，也有一个类叫做 CopyOnWriteArraySet ，其底层代码如下
public boolean add(E e) {
// private final CopyOnWriteArrayList<E> al;
return al.addIfAbsent(e);
}
通过 Debug 找到了对关键的一个函数，发现其实现方式与 CopyOnWriteArrayList 底层实现方式类似
// e 表示添加的元素
// snapshot 表示被复制的列表
private boolean addIfAbsent(E e, Object[] snapshot) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
// 获取当前列表和列表长度
Object[] current = getArray();
int len = current.length;
// 如果现在的列表和之前的列表不同，其实显然是不同的
if (snapshot != current) {
// Optimize for lost race to another addXXX operation
// 取较小的长度列表
int common = Math.min(snapshot.length, len);
for (int i = 0; i < common; i++)
if (current[i] != snapshot[i] && eq(e, current[i]))
return false;
if (indexOf(e, current, common, len) >= 0)
return false;
}
// 后面就是将其写到新区域，旧新合并
Object[] newElements = Arrays.copyOf(current, len + 1);
newElements[len] = e;
setArray(newElements);
return true;
} finally {
lock.unlock();
}
}
对 CopyOnWriteArraySet 的使用如下
CopyOnWriteArraySet<String> list = new CopyOnWriteArraySet<>();
5.7 HashMap的线程不安全
HashMap 同时读写时一样会出现 ConcurrentModificationException 异常
进入 HashMap 底层，来看一下它是怎么实现的，其 put(K key, V value) 源代码如下
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
在 JDK1.8 中，也有一个类叫做 ConcurrentHashMap ，实现 HashMap 的同步问题，其底层代码如下
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
int hash = spread(key.hashCode());
int binCount = 0;
for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
Node<K,V> f; int n, i, fh;
// 若为空，就初始化
if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
tab = initTable();
// 计算hash值，得到下标
else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
// 传入参数
if (casTabAt(tab, i, null,
new Node<K,V>(hash, key, value, null)))
break; // no lock when adding to empty bin
}
// 当有两个及以上的线程正在扩容
else if ((fh = f.hash) == MOVED)
tab = helpTransfer(tab, f);
else {
V oldVal = null;
// 在这里加上了锁
synchronized (f) {
if (tabAt(tab, i) == f) {
if (fh >= 0) {
binCount = 1;
for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {
K ek;
if (e.hash == hash &&
((ek = e.key) == key ||
(ek != null && key.equals(ek)))) {
oldVal = e.val;
if (!onlyIfAbsent)
e.val = value;
break;
}
Node<K,V> pred = e;
if ((e = e.next) == null) {
pred.next = new Node<K,V>(hash, key,
value, null);
break;
}
}
}
else if (f instanceof TreeBin) {
Node<K,V> p;
binCount = 2;
if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,
value)) != null) {
oldVal = p.val;
if (!onlyIfAbsent)
p.val = value;
}
}
}
}
if (binCount != 0) {
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
treeifyBin(tab, i);
if (oldVal != null)
return oldVal;
break;
}
}
}
addCount(1L, binCount);
return null;
}
对 ConcurrentHashMap 的使用如下
ConcurrentHashMap<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();
这篇关于【JUC并发编程05】集合的线程安全的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对大家有所帮助，也希望大家多多支持为之网！
您可能喜欢
-
增量更新怎么做？-icode9专业技术文章分享11-23
-
压缩包加密方案有哪些？-icode9专业技术文章分享11-23
-
用shell怎么写一个开机时自动同步远程仓库的代码？-icode9专业技术文章分享11-23
-
webman可以同步自己的仓库吗？-icode9专业技术文章分享11-23
-
在 Webman 中怎么判断是否有某命令进程正在运行？-icode9专业技术文章分享11-23
-
如何重置new Swiper?-icode9专业技术文章分享11-23
-
oss直传有什么好处？-icode9专业技术文章分享11-23
-
如何将oss直传封装成一个组件在其他页面调用时都可以使用？-icode9专业技术文章分享11-23
-
怎么使用laravel 11在代码里获取路由列表？-icode9专业技术文章分享11-23
-
怎么实现ansible playbook 备份代码中命名包含时间戳功能？-icode9专业技术文章分享11-22
-
ansible 的archive 参数是什么意思？-icode9专业技术文章分享11-22
-
ansible 中怎么只用archive 排除某个目录？-icode9专业技术文章分享11-22
-
exclude_path参数是什么作用？-icode9专业技术文章分享11-22
-
微信开放平台第三方平台什么时候调用数据预拉取和数据周期性更新接口？-icode9专业技术文章分享11-22
-
uniapp 实现聊天消息会话的列表功能怎么实现？-icode9专业技术文章分享11-22
栏目导航
