基础 | 并发编程 - [不安全集合 & 写时复制]

List

不安全示例

public static void main(String[] args) {
    List<String> list = new ArrayList<>();
    for(int i=0 ;i <10;i++){
        new Thread(()->{
            try {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(new Random().nextInt(10));
                list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,8));
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(list);
        },String.valueOf(i)).start();
    }
    list.forEach(System.out::println);
}

解决

• 业务上，避免将 list 作为成员变量时出现并发操作（这也是为什么通常使用 ArrayList 不会出错）
• 使用 Vector
• 使用 Collections.synchronizedList(new ArrayList<>())
• 使用 new CopyOnWriteArrayList<>()
  适用于读远多于写的小集合

写时复制
写时复制的设计初衷是优先保证读的效率
因此，基于读写分离的思路，读的时候不加锁
为了保证读的安全(防止读时写)，需要将写操作的生效变为一瞬间

这通过类似下面流程实现

• 从旧 list 中读（其实是从它内部的数组中读，下同）
• 开始写（锁还是要加的，防止并发写）
• 从旧 list 中复制一个新 list，新 list 长度 + 1
  长度 + 1 是因为下面的复制不走 add 方法
  而是直接在新 list 的对应位置插值
  这可能因因为旧 list 满了，所以新 list 复制出来也满了，进而数组角标越界
  先 + 1，在复制时就会自动完成数组的扩容
• 此时，依然从旧 list 里读值
• 新 list 的对应位置插入新值
• 此时，依然从旧 list 里读值
• 新 list 替换旧 list，此时，瞬间完成新旧 list 的切换

public boolean add(E e) {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();
    try {
        Object[] elements = getArray();
        int len = elements.length;
        Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
        newElements[len] = e;
        setArray(newElements);
        return true;
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

写时复制的限制

• 只适合用于小集合
  因为有数组 copy，且 copy 也是有时间空间成本的
• 从其设计初衷，适合读远高于写的场景

Set

不安全示例
同 List ，集合改为 HashSet 即可

// Dummy value to associate with an Object in the backing Map
// 删元素时，返回元素值，因此默认值不是 null 以区分是否删成功
private static final Object PRESENT = new Object();

public HashSet() {
    map = new HashMap<>();
}

public boolean add(E e) {
    return map.put(e, PRESENT)==null;
}

写时复制

//1 查重
public boolean addIfAbsent(E e) {
    Object[] snapshot = getArray();
    return indexOf(e, snapshot, 0, snapshot.length) >= 0 ? false :
        addIfAbsent(e, snapshot);
}
    
private boolean addIfAbsent(E e, Object[] snapshot) {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();
    try {
        Object[] current = getArray();
        int len = current.length;
        if (snapshot != current) {
        	// 防止查重时，其他线程操作
        	// 先判断新旧 set 的前半截得一致，后判断另一个线程是否塞了和当前值一样的值进去
            // Optimize for lost race to another addXXX operation
            int common = Math.min(snapshot.length, len);
            for (int i = 0; i < common; i++)
                if (current[i] != snapshot[i] && eq(e, current[i]))
                    return false;
            if (indexOf(e, current, common, len) >= 0)
                    return false;
        }
        Object[] newElements = Arrays.copyOf(current, len + 1);
        newElements[len] = e;
        setArray(newElements);
        return true;
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

Map

不安全示例
略

写时复制

使用 ConcurrentHashMap