JUC学习笔记（四）

JUC学习笔记（一）https://www.cnblogs.com/lm66/p/15118407.html

JUC学习笔记（二）https://www.cnblogs.com/lm66/p/15118813.html

JUC学习笔记（三）https://www.cnblogs.com/lm66/p/15118976.html

1、集合的线程安全

1.1、集合操作Demo

NotSafeDemo

public class NotSafeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List list = new ArrayList();
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            new Thread(() -> {
                list.add(UUID.randomUUID().toString());
                System.out.println(list);
            }, "线程" + i).start();
        }
    }
}

异常内容

java.util.ConcurrentModificationException

问题: 为什么会出现并发修改异常?

查看 ArrayList 的 add 方法源码



那么我们如何去解决 List 类型的线程安全问题?

1.2、Vector

　　Vector 是矢量队列，它是 JDK1.0 版本添加的类。继承于 AbstractList，实现了 List, RandomAccess, Cloneable 这些接口。 Vector 继承了 AbstractList，实现了 List；所以，它是一个队列，支持相关的添加、删除、修改、遍历等功能。 Vector 实现了 RandmoAccess 接口，即提供了随机访问功能。RandmoAccess 是 java 中用来被 List 实现，为 List 提供快速访问功能的。在

Vector 中，我们即可以通过元素的序号快速获取元素对象；这就是快速随机访问。 Vector 实现了 Cloneable 接口，即实现 clone()函数。它能被克隆。

和 ArrayList 不同，Vector 中的操作是线程安全的。

NotSafeDemo 代码修改

public class NotSafeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List list = new Vector();
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            new Thread(() -> {
                list.add(UUID.randomUUID().toString());
                System.out.println(list);
            }, "线程" + i).start();
        }
    }
}

现在没有运行出现并发异常,为什么?

查看 Vector 的 add 方法



add 方法被 synchronized 同步修辞,线程安全!因此没有并发异常

1.3、Collections

Collections 提供了方法 synchronizedList 保证 list 是同步线程安全的

NotSafeDemo 代码修改

public class NotSafeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            new Thread(() -> {
                list.add(UUID.randomUUID().toString());
                System.out.println(list);
            }, "线程" + i).start();
        }
    }
}

没有并发修改异常

查看方法源码

1.4、CopyOnWriteArrayList

首先我们对 CopyOnWriteArrayList 进行学习,其特点如下:

它相当于线程安全的 ArrayList。和 ArrayList 一样，它是个可变数组；但是和ArrayList 不同的时，它具有以下特性：

• 它最适合于具有以下特征的应用程序：List 大小通常保持很小，只读操作远多于可变操作，需要在遍历期间防止线程间的冲突。
• 它是线程安全的。
• 因为通常需要复制整个基础数组，所以可变操作（add()、set() 和 remove() 等等）的开销很大。
• 迭代器支持 hasNext(), next()等不可变操作，但不支持可变 remove()等操作。
• 使用迭代器进行遍历的速度很快，并且不会与其他线程发生冲突。在构造迭代器时，迭代器依赖于不变的数组快照。

独占锁效率低：采用读写分离思想解决

写线程获取到锁，其他写线程阻塞

复制思想：

　　当我们往一个容器添加元素的时候，不直接往当前容器添加，而是先将当前容器进行 Copy，复制出一个新的容器，然后新的容器里添加元素，添加完元素之后，再将原容器的引用指向新的容器。 这时候会抛出来一个新的问题，也就是数据不一致的问题。如果写线程还没来得及写会内存，其他的线程就会读到了脏数据。

这就是 CopyOnWriteArrayList 的思想和原理。就是拷贝一份。

NotSafeDemo 代码修改

public class NotSafeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List list = new CopyOnWriteArrayList();
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            new Thread(() -> {
                list.add(UUID.randomUUID().toString());
                System.out.println(list);
            }, "线程" + i).start();
        }
    }
}

没有线程安全问题

原因分析(重点):动态数组与线程安全

下面从“动态数组”和“线程安全”两个方面进一步对CopyOnWriteArrayList 的原理进行说明。

• “动态数组”机制
  • 它内部有个“volatile 数组”(array)来保持数据。在“添加/修改/删除”数据时，都会新建一个数组，并将更新后的数据拷贝到新建的数组中，最后再将该数组赋值给“volatile 数组”, 这就是它叫做 CopyOnWriteArrayList 的原因
  • 由于它在“添加/修改/删除”数据时，都会新建数组，所以涉及到修改数据的操作，CopyOnWriteArrayList 效率很低；但是单单只是进行遍历查找的话，效率比较高。
• “线程安全”机制
  • 通过 volatile 和互斥锁来实现的。
  • 通过“volatile 数组”来保存数据的。一个线程读取 volatile 数组时，总能看到其它线程对该 volatile 变量最后的写入；就这样，通过 volatile 提供了“读取到的数据总是最新的”这个机制的保证。
  • 通过互斥锁来保护数据。在“添加/修改/删除”数据时，会先“获取互斥锁”，再修改完毕之后，先将数据更新到“volatile 数组”中，然后再“释放互斥锁”，就达到了保护数据的目的。

1.5、小结

• 线程安全与线程不安全集合
  
  集合类型中存在线程安全与线程不安全的两种,常见例如:
  
  ArrayList ----- Vector
  
  HashMap -----HashTable
  
  但是以上都是通过 synchronized 关键字实现,效率较低
• Collections 构建的线程安全集合
• ava.util.concurrent 并发包下
  
  CopyOnWriteArrayList CopyOnWriteArraySet 类型,通过动态数组与线程安全个方面保证线程安全