基础才是重中之重~线程安全的Hashtable

本文探讨了线程安全的概念及其实现方式,对比了Hashtable和Dictionary在多线程环境下的表现,并提供了具体的代码示例。

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线程安全就是多线程访问时(WEB网页多用户访问一个页面时),采用了加锁机制,当一个线程访问该类的某个数据时,进行保护,其他线程不能进行访问直到该线程读取完,其他线程才可使用。不会出现数据不一致或者数据污染。

Hashtable 表示键/值对的集合,这些键/值对根据键的哈希代码进行组织,它的Key不能为null,Value可以为null,这一点与Hashmap不同(本身不是线程安全的),对于Hashtable它是实现了IDictionary和ICollection接口的,它的key与value都是object类型的,不支持泛型,进行类型转换成需要装箱与拆箱(boxing,unboxing),这在性能肯定会有一些影响,所以,微软这边给出了支持泛型的键值对集合Dictionary,而Dictionary本身也不是线程安全的,我们需要对它加锁(lock),才能避免多线程环境下产生的一些错误。

下面我们来看一下线程安全的Hashtable代码片断:

            Hashtable ht = Hashtable.Synchronized(new Hashtable());
            ht.Add("ok", null);
            Console.WriteLine(ht["ok"]);

我们在来看一下Dictionary对象,可以使它基类提供的SyncRoot属性,来实现它内部对象的线程安全  

            Dictionary<string, string> dic = new Dictionary<string, string>();
            lock ((dic as ICollection).SyncRoot)
            {
                dic.Add("ok", "ok value");
            }

下面我们来做一个实例,还是Dictionary的线程安全问题,我们有两个线程,t1和t2,当我们为它加lock之后,t1纯种在进行dic.Ad操作时,t2并不能进行访问

当t1完成add操作后,t2线程才进行执行,这时它就可以改变dic 元素的值了,程序运行正常,但如果没有lock锁机制,t1与 t2线程谁先执行就不确定了,这时,

如果t1先执行,当然没有问题,但如果t2先操作了,程序出现异常,因为dic元素没有被add,所以无法改变其值。

看代码:

 

            Dictionary<string, string> dic = new Dictionary<string, string>();

            Thread t1 = new Thread(() =>
            {
                lock ((dic as ICollection).SyncRoot) //dic对象被保存,处于临界区
                {
                    dic.Add("ok1", "ok value1");//这句先向字典添加
                }
            });

            Thread t2 = new Thread(() =>
            {
                lock ((dic as ICollection).SyncRoot)
                {
                    dic["ok1"] = "ok value2";
                }
            });


            t1.Start();
            t2.Start();
            Thread.Sleep(2000);

 

而对于Hashtable来说,如果希望对它进行写加锁,读不加锁,也可以通过lock在代码段时去实现

                  Thread t1 = new Thread(() =>
                    {
                        lock (ht.SyncRoot)
                        {

                            ht.Add(i, i);
                        }
                    });

OK,对于hashtable的线程安全这块就说到这里,最后和大家说一下,咱们做WEB开发的工程师们,一定要注意线程安全这块的知识,因为你写的程序,肯定是处

于多线程环境下的,呵呵。

 

 

实现线程安全的核心目标是确保在多线程环境下,共享资源的访问和操作不会导致数据不一致、竞态条件或死锁等问题。为此,可以通过多种方式来保障线程安全,包括使用同步机制、原子变量、线程局部变量、设计模式、并发容器等。 ### 使用同步机制保障线程安全 同步机制是保障线程安全基础方法之一,通过限制多个线程对共享资源的并发访问,从而确保操作的原子性、可见性和有序性。Java中可以通过`synchronized`关键字实现同步,包括同步代码块和同步方法。同步代码块允许更细粒度的控制,仅对关键代码段进行加锁,减少不必要的性能开销。 ```java public class Counter { private int count = 0; private final Object lock = new Object(); public void add(int value) { synchronized (lock) { count += value; } } } ``` 同步方法则是将`synchronized`关键字应用于方法级别,使整个方法体受锁保护。这种方式虽然简单直观,但可能会影响并发性能[^3]。 ```java public class Counter { private int count = 0; public synchronized void add(int value) { count += value; } } ``` ### 使用显式锁(ReentrantLock) `ReentrantLock`提供了比`synchronized`更高的灵活性和功能,支持尝试获取锁、超时机制等。它需要显式地调用`lock()`和`unlock()`方法来加锁和释放锁,通常在`try`块中执行关键代码,并在`finally`块中释放锁以确保锁的释放。 ```java import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; public class Counter { private int count = 0; private final Lock lock = new ReentrantLock(); public void add(int value) { lock.lock(); try { count += value; } finally { lock.unlock(); } } } ``` ### 使用原子变量实现无锁线程安全 Java的`java.util.concurrent.atomic`包提供了一系列原子变量类,如`AtomicInteger`、`AtomicLong`等,它们通过CAS(Compare-And-Swap)算法实现无锁的线程安全操作。这种方式避免了锁带来的性能开销,适用于高并发场景。 ```java import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; public class AtomicCounter { private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0); public void increment() { count.incrementAndGet(); } public int getCount() { return count.get(); } } ``` ### 使用线程局部变量(ThreadLocal) 线程局部变量(`ThreadLocal`)为每个线程提供独立的存储空间,使得每个线程都可以在其自己的存储空间中存储和操作数据,而不会与其他线程的数据冲突。这种方式可以有效避免并发问题,使得线程可以安全地访问其私有数据[^1]。 ```java public class ThreadLocalCounter { private ThreadLocal<Integer> count = ThreadLocal.withInitial(() -> 0); public void increment() { count.set(count.get() + 1); } public int getCount() { return count.get(); } } ``` ### 使用并发容器提升线程安全性 Java提供了多种线程安全的容器类,如同步容器和并发容器。同步容器如`Vector`和`HashTable`内部使用`synchronized`实现线程安全,但性能较差。并发容器如`ConcurrentHashMap`、`CopyOnWriteArrayList`等则通过更高效的并发策略(如分段锁、写时复制)提升性能。 ```java import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap; public class ConcurrentMapExample { private ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>(); public void putValue(String key, int value) { map.put(key, value); } public int getValue(String key) { return map.getOrDefault(key, 0); } } ``` ### 可重入代码与线程安全 可重入代码(Reentrant Code)是一种可以在多个线程中同时执行而不会导致数据冲突的代码。它通常不依赖于共享状态,或者在访问共享状态时使用局部变量或只读变量。可重入代码天然支持线程安全,不需要额外的同步措施[^2]。 ### 设计模式在实现线程安全中的应用 设计模式如“不可变对象”和“生产者-消费者”模式也可以帮助实现线程安全。不可变对象一旦创建后其状态就不能改变,因此天然地支持线程安全。生产者-消费者模式通过队列来协调生产者和消费者线程,确保数据的一致性。 ### 使用线程池管理并发任务 线程池是一种管理多个线程的机制,用于执行提交的任务。通过线程池可以复用线程资源,减少线程创建和销毁的开销,同时控制并发线程的数量,避免系统资源耗尽。常见的线程池包括固定大小线程池、缓存线程池等。 ```java import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; public class ThreadPoolExample { public static void main(String[] args) { ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2); Runnable task = () -> { // 执行任务 }; executor.submit(task); executor.shutdown(); } } ``` ### 死锁与资源竞争的预防 死锁是多线程编程中的常见问题,通常发生在多个线程相互等待对方持有的资源时。预防死锁的方法包括资源有序分配、设置超时时间以及使用死锁检测工具。 ---
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