JUC（5）线程安全与不安全的集合

本文探讨了Java中List、Set、Map在多线程环境下的并发安全问题及解决方案，并介绍了阻塞队列的基本概念及其操作方法。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

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此部分可查看 https://blog.youkuaiyun.com/wang_luwei/article/details/107490131

一、List中的不安全 (ArrayList 是不安全的)

可对比参考：https://www.cnblogs.com/zz-ksw/p/12774371.html

package com.wlw.unsafe;

import java.util.ArrayList;
import java.util.UUID;

//Exception in thread "3" java.util.ConcurrentModificationException 并发修改异常
public class ListTest {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<String>();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(()->{
                arrayList.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));
                System.out.println(arrayList);
            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

解决方案

package com.wlw.unsafe;

import java.util.*;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
import java.util.concurrent.locks.Condition;

//Exception in thread "3" java.util.ConcurrentModificationException 并发修改异常

/**
 * 解决方案：
 * 1. List<String> List = new Vector<>();
 * 2.List<String> List = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
 * 3. List list = new CopyOnWriteArrayList<String>();（这是juc包下的）
 *  
 * CopyonWrite 写入时复制 cow 计算机程序设计领域的一种优化策略
 * 多个线程调用的时候，list是唯一的,在读取的时候是固定的，在写入的时候(可能存在覆盖操作)，这种覆盖操作怎么解决？
 *  就是在写入的时候复制一份，复制完给调用者，调用者写完之后再放入原本的集合中
 *  就是在写入的时候避免覆盖，造成数据问题!
 *  读写分离的思想
 *  CopyonWriteArrayList比vector 优秀在哪里?  Vector底层是使用synchronized关键字来实现的：效率特别低下。 CopyOnWriteArrayList使用的是Lock锁，效率会更加高效！
 */
public class ListTest {
    public static void main(String[] args) {
        //List<String> List = new ArrayList<String>();
        List list = new CopyOnWriteArrayList<String>();

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(()->{
                list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));
                System.out.println(list);
            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

二、 set 中的不安全

package com.wlw.unsafe;

import java.util.Collections;
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
import java.util.UUID;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArraySet;

/**
 *和List一样 并发修改异常  Exception in thread "18" java.util.ConcurrentModificationException
 *解决方案:
 * 1.Set<String> set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());
 * 2.Set<String> set = new CopyOnWriteArraySet<>();  (juc包下的类)
 */
public class SetTest {
    public static void main(String[] args) {
        //Set<String> set = new HashSet<>();
        //Set<String> set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());
        Set<String> set = new CopyOnWriteArraySet<>();

        for (int i = 0; i < 30; i++) {
            new Thread(()->{
                set.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,6));
                System.out.println(set);
            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

三、 map中的不安全

package com.wlw.unsafe;

import java.util.Collections;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.UUID;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

/**
 *  多线程使用HashMap()也会 造成  java.util.ConcurrentModificationException （并发修改异常）
 *  解决方案:
 *  1.Map<String, String> map = Collections.synchronizedMap( new HashMap<>());
 *  2. Map<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();  (juc包下的类)
 */
public class MapTest {

    public static void main(String[] args) {
        //map 是这样用的吗？  不是，工作中不使用 HashMap()
        //默认等价什么？ new HashMap<>(16,0.75);加载因子为0.75、初始化容量16
        //Map<String, String> map = new HashMap<>();
        //Map<String, String> map = Collections.synchronizedMap( new HashMap<>());
        Map<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();
        for (int i = 1; i <30; i++) {
            new Thread(()->{
                map.put(Thread.currentThread().getName(),UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));
                System.out.println(map);
            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

四、阻塞队列（BlockingQueue接口）

在这里插入图片描述

什么情况我们会使用阻塞队列呢？多线程并发处理、线程池！
操作：添加、移除（四组API）

方式	抛出异常	不会抛出异常，有返回值	阻塞等待	超时等待
添加	add	offer	put	offer(e,timenum，timeUnit)
移除	remove	poll	take	poll(timenum，timeUnit)
判断队列首	element	peek	-	-

package com.wlw.BQ;

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        test1();
        test2();
        test3();
        test4();
    }

    //会直接在控制台抛出异常的方法
    //抛异常，有返回值
    public static void test1(){
        ArrayBlockingQueue arrayBlockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);

        System.out.println(arrayBlockingQueue.add("a"));
        System.out.println(arrayBlockingQueue.add("b"));
        System.out.println(arrayBlockingQueue.add("c"));

        //最多就能放3个，java.lang.IllegalStateException: Queue full
        //System.out.println(arrayBlockingQueue.add("d"));

        System.out.println(arrayBlockingQueue.remove());
        System.out.println(arrayBlockingQueue.remove());
        System.out.println(arrayBlockingQueue.remove());

        //队列空的时候，再移除就报异常 java.util.NoSuchElementException
        System.out.println(arrayBlockingQueue.remove());

    }
    /**
     * 不抛出异常，有返回值
     */
    public static void test2(){
        ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);
        System.out.println(blockingQueue.offer("a"));
        System.out.println(blockingQueue.offer("b"));
        System.out.println(blockingQueue.offer("c"));
        //添加 一个不能添加的元素 使用offer只会返回false 不会抛出异常
        System.out.println(blockingQueue.offer("d"));

        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        //弹出 如果没有元素 只会返回null 不会抛出异常
        System.out.println(blockingQueue.poll());
    }

    /**
     * 等待 一直阻塞
     */
    public static void test3() throws InterruptedException {
        ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);

        //一直阻塞 不会返回
        blockingQueue.put("a");
        blockingQueue.put("b");
        blockingQueue.put("c");

        //如果队列已经满了， 再进去一个元素  这种情况会一直等待这个队列 什么时候有了位置再进去，程序不会停止
        //blockingQueue.put("d");

        System.out.println(blockingQueue.take()); //有返回值
        System.out.println(blockingQueue.take());
        System.out.println(blockingQueue.take());
        //如果我们再来一个  这种情况也会等待，程序会一直运行 阻塞
        System.out.println(blockingQueue.take());
    }

    /**
     * 等待 超时阻塞
     *  这种情况也会等待队列有位置 或者有产品 但是会超时结束
     *
     */
    public static void test4() throws InterruptedException {
        ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);

        blockingQueue.offer("a");
        blockingQueue.offer("b");
        blockingQueue.offer("c");
        System.out.println("开始等待");
        blockingQueue.offer("d",2, TimeUnit.SECONDS);  //超时时间2s 等待如果超过2s就结束等待
        System.out.println("结束等待");

        System.out.println("===========取值==================");
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println("开始等待");
        blockingQueue.poll(2,TimeUnit.SECONDS); //超过两秒 我们就不要等待了
        System.out.println("结束等待");
    }
}

4.1SynchronousQueue同步队列

同步队列没有容量，也可以视为容量为1的队列；
进去一个元素，必须等待取出来之后，才能再往里面放入一个元素；
put方法和 take方法；
SynchronousQueue 和其他的BlockingQueue 不一样它不存储元素；
put了一个元素，就必须从里面先take出来，否则不能再put进去值！

package com.wlw.BQ;

import java.util.concurrent.SynchronousQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 同步队列和其他的BlockingQueue不一样，
 * SynchronousQueue不存储元素
 * put了一个元素，必须从里面先take取出来，否则不能再put进去值!
 */
public class SynchronousQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        SynchronousQueue<String> stringSynchronousQueue = new SynchronousQueue<>();

        new Thread(()->{
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"put a");
                stringSynchronousQueue.put("a");
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"put b");
                stringSynchronousQueue.put("b");
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"put c");
                stringSynchronousQueue.put("c");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        },"T1").start();

        new Thread(()->{
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"take a");
                stringSynchronousQueue.take();

                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"take b");
                stringSynchronousQueue.take();

                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"take c");
                stringSynchronousQueue.take();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        },"T2").start();
    }
}