Java并发编程实战这本书里提到了使用Collections.synchronizedList可以创建线程安全的容器,同时给了一个没有正确使用该容器的反例ListHelper,这个反例看起来实现了同步,然而由于锁不一致导致它并不是一个线程安全的类。代码如下:
class ListHelper <E> {
public List<E> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<E>());
public synchronized boolean putIfAbsent(E x) {
boolean absent = ! list.contains(x);
if (absent)
list.add(x);
return absent;
}
}
首先我们要知道这个类为什么不是线程安全的?很简单这个类使用了两个不同的锁,putIfAbsent方法上使用的锁是该方法的调用者ListHelper对象,然而list.contains(x)方法使用的却不是这个锁。查看contains的源码,它使用的锁是mutex。
public boolean contains(Object o) {
synchronized (mutex) {return c.contains(o);}
}
显然这个mutex锁是SynchronizedCollection提供的。这就导致了锁不一致的情况,也就会导致线程安全问题。
那么我们如何证明ListHelper是非线程安全的呢?
如下是证明方案,分别启动两个线程,第一个线程循环100000次调用putIfAbsent方法添加数据。第二个线程同样循环100000次添加,但使用了list作为锁对象来进行同步。
public class Test {
public static void main(String[] args) throws Exception {
ListHelper<Integer> helper = new ListHelper<>();
Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
Test.t1(helper);
}
});
Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
Test.t2(helper);
}
});
thread1.start();
thread2.start();
thread1.join();
thread2.join();
System.out.println(helper.list.size());
}
private static void t1(ListHelper<Integer> helper) {
for (int i = 0; i < 100000; i++)
helper.putIfAbsent(i);
}
private static void t2(ListHelper<Integer> helper) {
for (int i = 0; i < 100000; i++)
synchronized (helper.list) { // correct way to synchronize
if (!helper.list.contains(i))
helper.list.add(i);
}
}
}
如果这段测试代码打印的结果大于100000.那么ListHelper就是非线程安全的,如下所示,确实非线程安全。
当然这个案例关注的问题是:单纯来看putIfAbsent 这个方法,它本身一定是线程安全的,但由于该方法使用的锁不正确,导致了putIfAbsent所属的类却不是线程安全的。如果你开启100000个线程交替执行putIfAbsent方法,那么始终输出100000这个结果。
同时案例引发的思考是:如果引用外部线程安全的容器,那么必须保证这个容器和类方法使用同一个锁,这个类才是线程安全的类。
所以,ListHelper要改造成线程安全的类,必须使用和list一致的锁,即使用如下的同步代码块的方式:
class ListHelper <E> {
public List<E> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<E>());
public boolean putIfAbsent(E x) {
synchronized (list) {
boolean absent = ! list.contains(x);
if (absent)
list.add(x);
return absent;
}
}
}