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ArrayList线程不安全 浅谈Java中ArrayList线程不安全怎么办

诺狗w 人气:0
想了解浅谈Java中ArrayList线程不安全怎么办的相关内容吗,诺狗w在本文为您仔细讲解ArrayList线程不安全的相关知识和一些Code实例,欢迎阅读和指正,我们先划重点:ArrayList线程不安全,下面大家一起来学习吧。

ArrayList线程不安全怎么办?

有三种解决方法:

使用对应的 Vector 类,这个类中的所有方法都加上了 synchronized 关键字

使用 Collections 提供的 synchronizedList 方法,将一个原本线程不安全的集合类转换为线程安全的,使用方法如下:

List<Integer> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());

其实 HashMap 也可以用这招:

Map<String, String> map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());

这个看上去有点东西,其实也是给每个方法加上一个 synchronized,不过不是直接加在方法上,而是加在方法内部,只有当线程获取到 mutex 这个对象的锁,才能进入代码块:

public E get(int index) {
    synchronized (mutex) {
        return list.get(index);
    }
}

使用 JUC 包下提供的 CopyOnWriteArrayList 类

这里具体讨论一下 CopyOnWriteArrayList 这个类,它采用了“写时复制”的技术,也就是说,每当要往这个 list 中添加元素时,并不是直接就添加了,而是会先复制一份 list,然后在这个复制中添加元素,最后再修改指针的指向,看看 add 的源码:

public boolean add(E e) {
    synchronized (lock) {
        //得到当前的数组
        Object[] es = getArray();
        int len = es.length;
        //复制一份并扩容
        es = Arrays.copyOf(es, len + 1);
        //把新元素添加进去
        es[len] = e;
        //修改指针的指向
        setArray(es);
        return true;
    }
}

有人可能会疑惑,这有什么意义,这不也加了 synchronized 吗,而且还要复制数组,这**不是比 Vector 还要烂吗?

确实是这样的,在写操作比较多的场景下,CopyOnWriteArrayList 确实比 Vector 还要慢,但它有两个优势:

虽然写操作烂了,但读操作快了很多,因为在 vector 中,读操作也是需要锁的,而在这里,读操作就不需要锁了,get 方法比较短可能不便于理解,我们看看 indexOf 这个方法:

public int indexOf(Object o) {
    Object[] es = getArray();
    return indexOfRange(o, es, 0, es.length);
}
private static int indexOfRange(Object o, Object[] es, int from, int to) {
    if (o == null) {
        for (int i = from; i < to; i++)
            if (es[i] == null)
                return i;
    } else {
        //****here****
        for (int i = from; i < to; i++)
            if (o.equals(es[i]))
                return i;
    }
    return -1;
}

可以发现,这个方法先把当前数组 array 交给了 es 这个变量,后续的所有操作都是基于 es 进行的(此时 array 和 es 都指向内存中的同一份数组 a1)

由于所有写操作都是在 a1 的拷贝上进行的(我们把内存中的这份拷贝称为 a2),因此不会影响到那些正在 a1 上进行的读操作,并且就算写操作执行完毕了,array 指向了 a2,也不会影响到 es 这个数组,因为 es 指向的还是 a1

试想,如果 vector 的读操作不加锁会出现什么情况?由于 vector 中所有的读写操作都是基于同一个数组的,因此虽然读操作一开始拿到的数组是没问题的,但在后续遍历的过程中(比如上面代码标注了 here 的地方),很可能出现其他线程对数组进行了修改,夸张点说,如果有个线程把数组给清空了,那么读操作就肯定会报错了,而对于 CopyOnWriteArrayList 来说,就算有清空的操作,那也是在 a2 上进行的,而读操作还是在 a1 上进行,不会有任何影响

在 forEach 遍历一个 vector 时,是不允许对 vector 进行修改的,会报出 ConcurrentModificationException 这个异常,理由很简单,因为只有一份数组,要是遍历到一半有其它线程把数组清空了不就出问题了吗,因此 java 干脆就直接禁止这种遍历时修改数组的行为了,但对于 CopyOnWriteArrayList 来说,它的遍历是一直在 a1 上进行的,其它写线程只能修改到 a2,这对 a1 是没有任何影响的,我们看一段代码来验证一下:

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        CopyOnWriteArrayList<Integer> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            list.add(i);
        }
        //遍历时把数组清空
        for (Integer i : list) {
            System.out.println(i);
            list.clear();
        }
    }
}

结果是没有报错,并且完整输出了 0~999 所有的数字,可见这里遍历的就是最开始的那个数组 a1,期间哪怕有再多的写操作也不会影响到 a1,因为所有的写操作都是在 a2 a3 a4 上进行的
综上所述,CopyOnWriteArrayList 的优点有两个:

但它的缺点也很明显,主要有两点:

可以发现一个有趣的事情,就是成也旧数组,败也旧数组,正因为所有读取都是基于旧数组 a1 的,因此可以不加锁就大胆进行,不怕有线程把数组改了,因为改动都是在 a2 a3 上的,跟 a1 没有关系,但也正因为所有读取都是基于旧数组 a1 的,因此一旦读取操作开始,就算有线程在数组中加入了一个很重要的数据,这个读取操作也是感知不到这个最新的数据的,因为这个最新的数据只会在 a2 中有

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