Collection线程不安全
前言
当我们执行下面语句的时候，底层进行了什么操作
new ArrayList<Integer>();
底层创建了一个空的数组，伴随着初始值为10
当执行add方法后，如果超过了10，那么会进行扩容，扩容的大小为原值的一半，也就是5个，使用下列方法扩容
Arrays.copyOf(elementData, netCapacity)
ArrayList线程不安全
单线程环境
单线程环境的ArrayList是不会有问题的
public class ArrayListNotSafeDemo {
public static void main(String[] args) {
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("a");
list.add("b");
list.add("c");
for(String element : list) {
System.out.println(element);
}
}
}
多线程环境
为什么ArrayList是线程不安全的？因为在进行写操作的时候，方法上为了保证并发性，是没有添加synchronized修饰，所以并发写的时候，就会出现问题
当我们同时启动30个线程去操作List的时候
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.UUID;
/**
* 集合类线程不安全举例
* @author: wzq
* @create: 2020-03-12-20:15
*/
public class ArrayListNotSafeDemo {
public static void main(String[] args) {
List<String> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 30; i++) {
new Thread(() -> {
list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0, 8));
System.out.println(list);
}, String.valueOf(i)).start();
}
}
}
这个时候出现了错误，也就是java.util.ConcurrentModificationException
这个异常是 并发修改的异常
解决方案
方案一：Vector
第一种方法，就是不用ArrayList这种不安全的List实现类，而采用Vector，线程安全的
关于Vector如何实现线程安全的，而是在方法上加了锁，即synchronized
这样就每次只能够一个线程进行操作，所以不会出现线程不安全的问题，但是因为加锁了，导致并发性极度下降
方案二：Collections.synchronizedList()
List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
采用Collections集合工具类，在ArrayList外面包装一层 同步 机制，加同步锁，导致并发性极度下降。
前2个方案的区别：
同步代码块
synchronized(obj){
//需要被同步的代码块
}
其中，obj 称为同步监视器，也就是锁，原理是：当线程开始执行同步代码块前，必须先获得对同步代码块的锁定。并且任何时刻只能有一个线程可以获得对同步监视器的锁定，当同步代码块执行完成后，该线程会释放对该同步监视器的锁定。
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Vector使用同步方法实现，synchronizedList使用同步代码块实现
同步代码块和同步方法的区别 1.同步代码块在锁定的范围上可能比同步方法要小，一般来说锁的范围大小和性能是成反比的。 2.同步块可以更加精确的控制锁的作用域（锁的作用域就是从锁被获取到其被释放的时间），同步方法的锁的作用域就是整个方法。 3.同步代码块可以选择对哪个对象加锁，但是同步方法只能给this对象加锁。
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SynchronizedList有很好的扩展和兼容功能。它可以将所有的List的子类转成线程安全的类
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使用SynchronizedList的时候，进行遍历时要手动进行同步处理。
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SynchronizedList可以指定锁定的对象
方案三：采用JUC里面的方法
CopyOnWriteArrayList：写时复制，主要是一种读写分离的思想
List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
写时复制，CopyOnWrite容器即写时复制的容器，往一个容器中添加元素的时候，不直接往当前容器Object[]添加，而是先将Object[]进行copy，复制出一个新的容器object[] newElements，然后新的容器Object[] newElements里添加原始，添加元素完后，在将原容器的引用指向新的容器 setArray(newElements)；这样做的好处是可以对copyOnWrite容器进行并发的度，而不需要加锁，因为当前容器不需要添加任何元素。所以CopyOnWrite容器也是一种读写分离的思想，读和写不同的容器
就是写的时候，把ArrayList扩容一个出来，然后把值填写上去，在通知其他的线程，ArrayList的引用指向扩容后的新List。
CopyOnWriteArrayList虽然是一个线程安全版的ArrayList，但其每次修改数据时都会复制一份数据出来，所以只适用读多写少或无锁读场景。
高并发写时，CopyOnWriteArrayList为何这么慢呢？因为其每次add时，都用Arrays.copyOf创建新数组，频繁add时内存申请释放性能消耗大。
查看底层add方法源码：
public boolean add(E e) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
// 复制
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
newElements[len] = e;
setArray(newElements);
return true;
} finally {
lock.unlock();
}
}
首先需要加锁
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
然后在末尾扩容一个单位
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
然后在把扩容后的空间，填写上需要add的内容
newElements[len] = e;
最后把内容set到Array中
适合读多写少的情况
HashSet线程不安全
CopyOnWriteArraySet
底层还是使用CopyOnWriteArrayList进行实例化
HashSet底层结构
同理HashSet的底层结构就是HashMap
但是为什么我调用 HashSet.add()的方法，只需要传递一个元素，而HashMap是需要传递key-value键值对？
首先我们查看hashSet的add方法
public boolean add(E e) {
return map.put(e, PRESENT)==null;
}
我们能发现但我们调用add的时候，存储一个值进入map中，只是作为key进行存储，而value存储的是一个Object类型的常量，也就是说HashSet只关心key，而不关心value
HashMap线程不安全
HashMap底层，默认大小16（必须是2^n），加载因子默认0.75，0.75*容量=12，所以map容量达到13则扩容，大小可自定义。java8数据结构：数组+单向链表–>>节点>8红黑树。key相同，存进去会覆盖原value，但是其底层是链表，>8是红黑树。
同理HashMap在多线程环境下，也是不安全的
public static void main(String[] args) {
Map<String, String> map = new HashMap<>();
for (int i = 0; i < 30; i++) {
new Thread(() -> {
map.put(Thread.currentThread().getName(), UUID.randomUUID().toString().substring(0, 8));
System.out.println(map);
}, String.valueOf(i)).start();
}
}
解决方法
1、使用Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
2、使用 ConcurrentHashMap
Map<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();
