JUC(三)——线程安全类

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JUC(二)——深入理解锁机制
JUC(三)——线程安全类
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JUC(七)——线程池简单使用
JUC(八)——线程池深入讲解

首先我们都知道ArrayList是线程不安全的,但在以往写代码的时候也没有遇到过多线程操作集合的情况,也没有考虑过不安全这个问题,反正就是拿到就用。

那么到了多线程的时候会出什么问题呢?

  • 先来个多线程操作线程的小例子看看结果吧
public class ListMultiThread {
    public static void main(String[] args) {
        List list = new ArrayList();

        for (int i = 0; i < 30; i++) {
            //线程里面规定必须用final
            final int tempI = i;
            new Thread(() -> {
                list.add(tempI+"");
                System.out.println(list);
            }, String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

在这里插入图片描述
哦,报错了!!!
ConcurrentModificationException:并发修改异常

为什么会报这个错呢?

  • 我们来看一下ArrayList中add()方法的源码吧
    •   public boolean add(E e) {
            ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
            elementData[size++] = e;
            return true;
        }
      
    • 没加锁
  • 那么是在哪里抛出的这个异常呢?
    • public String toString() {
          Iterator<E> it = iterator();
          if (! it.hasNext())
              return "[]";
      
          StringBuilder sb = new StringBuilder();
          sb.append('[');
          for (;;) {
          	//这里
              E e = it.next();
              sb.append(e == this ? "(this Collection)" : e);
              if (! it.hasNext())
                  return sb.append(']').toString();
              sb.append(',').append(' ');
          }
      }
      
    • next()方法中有一个
      checkForComodification();
      
    • 异常就是从这里抛出来的
      final void checkForComodification() {
          if (modCount != expectedModCount)
              throw new ConcurrentModificationException();
      }
      
    • 简单来说就是:没加锁导致toString遍历读写不一致if (modCount != expectedModCount)

接下来我们来解决这个问题

  • 1、先说最简单的vector吧
    • 在学习集合的时候我们应该知道List集合有三个实现类
      • vector、ArrayList、LinkedList
    • 在我们知道ArrayList线程不安全的同时肯定也听说了vector是线程安全的
    • 我们先来看一下vector吧
      •   public class ListMultiThread {
              public static void main(String[] args) {
                  List list = new Vector();
                  for (int i = 0; i < 30; i++) {
                      //线程里面规定必须用final
                      final int tempI = i;
                      new Thread(() -> {
                          list.add(tempI+"");
                          System.out.println(list);
                      }, String.valueOf(i)).start();
                  }
              }
          }
        
      • 果然,vector并没有报错
      • 我们来看一下vector的add()方法
        •   public void add(int index, E element) {
                insertElementAt(element, index);
            }
          
      • ???,竟然没加锁,怎么可能???
      • 不要急,add()里面并没有什么实质性的代码,我们再来看insertElementAt
        •   public synchronized void insertElementAt(E obj, int index) {
                modCount++;
                if (index > elementCount) {
                    throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index
                                                             + " > " + elementCount);
                }
                ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
                System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, elementCount - index);
                elementData[index] = obj;
                elementCount++;
            }
          
      • 哦,果然还是加锁了
    • 但是我们都知道vector已经被淘汰了,难不成你真的让我用vector???
    • 当然不会,我们还有更好的选择
  • 2、Collections
    • 我们都知道Collections是集合的工具类,那有没有给我们提供好的解决办法呢?
      在这里插入图片描述
    • 哇哦!果然给我们提供了解决方法,不光有list的还有set和map的
    • 那我们来试试 Collections.synchronizedList()
      •   public class ListMultiThread {
              public static void main(String[] args) {
                  List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
                  for (int i = 0; i < 30; i++) {
                      //线程里面规定必须用final
                      final int tempI = i;
                      new Thread(() -> {
                          list.add(tempI+"");
                          System.out.println(list);
                      }, String.valueOf(i)).start();
                  }
              }
          }
        
      • 试完之后发现果然没报错,从字面意思上来看是Collections工具类为我们的集合加了锁
  • 3、来开始今天的正式话题:JUC
    • JUC为我们提供了更好的方法,不仅仅是为写操作加了锁,还实现了写时复制(也就是我们平时说的读写分离)
      • 写时复制
        • CopyOnWrite容器即写时复制的容器。往一个容器添加元素的时候,不直接往当前容器Object[]添加,
        • 而是先将当前容器Object[]进行Copy,复制出一个新的容器Object[] newElements,然后向新的容器Object[] newElements里添加元素。
        • 添加元素后,再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,因为当前容器不会添加任何元素。
        • 所以CopyOnWrite容器也是一种读写分离的思想,读和写不同的容器。
    • 我们来看看如何使用吧
      在这里插入图片描述
    • 这里也包含了其他集合的方法,我们就还是以ArrayList为例
      •   public class ListMultiThread {
              public static void main(String[] args) {
                  List list = new CopyOnWriteArrayList();      
                  for (int i = 0; i < 30; i++) {
                      //线程里面规定必须用final
                      final int tempI = i;
                      new Thread(() -> {
                          list.add(tempI+"");
                          System.out.println(list);
                      }, String.valueOf(i)).start();
                  }
              }
          }
        
      • 结果没有出现问题

好啦今天就到这里了

### Java JUC 并发多线程基础知识与示例 #### 1. Java JUC 概述 Java 提供了一个强大的并发编程工具包 `java.util.concurrent`(简称 JUC),它包含了多种用于实现高效、可靠并发程序的组件。这些组件主要包括线程池、并发集合、同步器以及原子变量等[^1]。 #### 2. 线程池的应用 线程池是一种管理线程生命周期的有效机制,可以减少频繁创建和销毁线程带来的开销。下面是一个简单的线程池使用示例: ```java package com.example.threadpool; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; public class ThreadPoolExample { public static void main(String[] args) { ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10); // 创建固定大小为10的线程池 Runnable task = () -> System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is running."); for (int i = 0; i < 100; i++) { executor.submit(task); } executor.shutdown(); // 停止接收新任务并等待现有任务完成 } } ``` 上述代码展示了如何利用线程池执行大量任务,而无需手动管理每个线程的生命周期[^2]。 #### 3. 同步控制:synchronized 和 Lock 接口 为了防止多个线程同时访问共享资源而导致数据不一致,JUC 提供了两种主要的同步方式——基于关键字 `synchronized` 的内置锁和支持更复杂场景的 `Lock` 接口。 ##### 使用 synchronized 实现同步 `synchronized` 是一种简单易用的方式,适用于大多数基本需求。以下是其典型用法的一个例子: ```java class Counter { private int count = 0; public synchronized void increment() { count++; } public synchronized int getCount() { return count; } } ``` 这里定义了一个计数器,在方法上加上 `synchronized` 可以确保每次只有一个线程能修改或读取 `count` 属性[^4]。 ##### 使用 ReentrantLock 进一步增强灵活性 如果需要更多高级特性比如尝试锁定而不阻塞或者设置超时时间,则可以选择 `ReentrantLock` 类型的对象作为显式的锁替代默认隐式锁。 ```java import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; class AdvancedCounter { private final Lock lock = new ReentrantLock(); private int value = 0; public void add(int delta) { lock.lock(); // 获取锁 try { value += delta; } finally { lock.unlock(); // 确保释放锁 } } public int getValue() { lock.lock(); try { return value; } finally { lock.unlock(); } } } ``` 这段代码展示的是通过显示声明锁来进行更加精细的操作控制[^5]。 #### 4. 并发容器简介 除了传统的集合框架外,JUC 还引入了一些专门设计用来支持高并发环境下的特殊版本的数据结构,例如 `ConcurrentHashMap`, `CopyOnWriteArrayList` 等。它们能够在保持较高性能的同时维持内部一致性状态更新操作的安全性。 --- ###
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