Collection线程不安全的举例

迈不过友情╰ 2024-03-22 17:33 64阅读 0赞

#### 目录 ####

*  一、前言
 *  二、单线程环境下
 *  三、多线程环境
 *  四、解决方案
 *   *  方案一：Vector
     *  方案二：Collections.synchronized()
     *  方案三：采用JUC里面的方法
 *  五、HashSet线程不安全
 *  六、HashMap线程不安全

## 一、前言 ##

1、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)

## 二、单线程环境下 ##

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);
            }
        }
    }

## 三、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  
![在这里插入图片描述][8ed0723201034f19b9c1c970336dc3ac.png]  
当我们同时启动30个线程去操作List的时候

public class TestServiceLoader{
        
        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  
![在这里插入图片描述][660ea1ce318e4b8a8f907a71c937f029.png]  
这个异常是 并发修改的异常

## 四、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  
![在这里插入图片描述][f383ea78cc2642e7a2180351ca3234ac.png]  
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，导致并发性基于下降

### 方案二：Collections.synchronized() ###

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

### 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

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容器进行并发的读 ，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

查看底层add方法源码

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();
            }
        }

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

## 五、HashSet线程不安全 ##

CopyOnWriteArraySet  
底层还是使用CopyOnWriteArrayList进行实例化  
![在这里插入图片描述][05e130ab99d9412ca0cdaec586e55c4f.png]  
HashSet底层结构  
同理HashSet的底层结构就是HashMap  
![在这里插入图片描述][86a4e60cafcb4f8dba228d630d21dd25.png]  
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

## 六、HashMap线程不安全 ##

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<>();

[8ed0723201034f19b9c1c970336dc3ac.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/18/5ece54f029014e96a0c39e1595af3c43.png
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