Java多线程高并发中解决ArrayList与HashSet和HashMap不安全的方案

Z时代
2024-01-10
分类：IT

1.ArrayList的线程不安全解决方案

将main方法的第一行注释打开，多执行几次，会看到如下图这样的异常信息：👇👇👇

这是一个并发修改异常，首先ArrayList肯定是线程不安全的，产生这个异常的原因就是可能第一个线程刚进入 ArrayList 集合中要进行 add 操作时，另外一个线程此时也进来进行 add 操作，而第三个线程又进来进行 get 操作，导致读写没办法进行同步了，最终打印结果的时候就炸了。

解决方案看代码中的剩下几行注释。


package test.notsafe;
import java.util.*;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
/**
 * 演示ArrayList的线程不安全问题及解决方案
 */
public class ThreadDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        //List<String> list = new ArrayList<>();
        //解决方法1：使用Vector
        //List<String> list = new Vector<>();
        //解决方法2：Collections
        //List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
        //解决方法3：CopyOnWriteArrayList
        List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(() -> {
                list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,8));
                System.out.println(list);
            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

关于 CopyOnWriteArrayList 解决线程不安全问题的简单解释：就看源码中的 add(E e) 这个方法：


    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();
        }
    }

这个 CopyOnWriteArrayList 在进行 add 添加操作之前，先进行 lock 上锁，然后通过 getArray() 获取到原 ArrayList 集合容器，之后调用 Arrays.copyOf 方法将原容器拷贝出一个新容器，因为要添加（长度自然也要 +1），之后向这个新容器中添加元素，添加完成之后，调用 setArray 方法将原容器的引用指向了这个新的容器。那么这样做的好处就是：添加元素在新容器中，原容器该是啥样还是啥样，其他线程要get读取元素就还从原容器中读（即多个线程可以进行并发读）；而其他线程要 add 添加，要等待其他线程完成之后，将原容器的引用指向新容器就可以了。

CopyOnWrite 容器在面对读和写的时候是两个不同的容器，也是用到了读写分离的思想。

2.HashSet的线程不安全解决方案

这里如果是 new HashSet 了话，仍然可能出现向上面 ArrayList 一样的并发修改异常。解决方案看代码中的注释。


package test.notsafe;
import java.util.Collections;
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
import java.util.UUID;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArraySet;
/**
 * 演示HashSet的线程不安全问题及解决方案
 */
public class ThreadDemo3 {
    public static void main(String[] args) {
        //Set<String> set = new HashSet<>();
        //解决方法1：Collections
        //Set<String> set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());
        //解决方法2：CopyOnWriteArraySet
        Set<String> set = new CopyOnWriteArraySet<>();
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            new Thread(() -> {
                set.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,8));
                System.out.println(set);
            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

3.HashMap的线程不安全解决方案


package test.notsafe;
import java.util.Collections;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.UUID;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
/**
 * 演示HashMap的线程不安全问题及解决方案
 */
public class ThreadDemo4 {
    public static void main(String[] args) {
        //Map<String,Object> map = new HashMap<>();
        //解决方法1：Collections
        //Map<String,Object> map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
        //解决方法2：ConcurrentHashMap
        Map<String,Object> map = new ConcurrentHashMap<>();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            String key = String.valueOf(i);
            new Thread(() -> {
                map.put(key,UUID.randomUUID().toString().substring(0,8));
                System.out.println(map);
            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}