Java并发编程 - 线程不安全类与解决方案(Set)

简介: Java并发编程 - 线程不安全类与解决方案(Set)

HashSet、TreeSet

package com.mmall.concurrency.example.commonUnsafe;
import com.mmall.concurrency.annoations.NotThreadSafe;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Semaphore;
@Slf4j
@NotThreadSafe
public class HashSetExample {
    // 请求总数
    public static int clientTotal = 5000;
    // 同时并发执行的线程数
    public static int threadTotal = 200;
    private static Set<Integer> set = new HashSet<>();
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        final Semaphore semaphore = new Semaphore(threadTotal);
        final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(clientTotal);
        for (int i = 0; i < clientTotal; i++) {
            final int count = i;
            executorService.execute(() -> {
                try {
                    semaphore.acquire();
                    update(count);
                    semaphore.release();
                } catch (Exception e) {
                    log.error("exception", e);
                }
                countDownLatch.countDown();
            });
        }
        countDownLatch.await();
        executorService.shutdown();
        log.info("size:{}", set.size());
    }
    private static void update(int i) {
        set.add(i);
    }
}
// 输出
size:4955

解决方案一(同步容器:synchronizedSet)


package com.mmall.concurrency.example.syncContainer;
import com.google.common.collect.Sets;
import com.mmall.concurrency.annoations.ThreadSafe;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.Collections;
import java.util.Set;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Semaphore;
@Slf4j
@ThreadSafe
public class CollectionsExample2 {
    // 请求总数
    public static int clientTotal = 5000;
    // 同时并发执行的线程数
    public static int threadTotal = 200;
    private static Set<Integer> set = Collections.synchronizedSet(Sets.newHashSet());
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        final Semaphore semaphore = new Semaphore(threadTotal);
        final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(clientTotal);
        for (int i = 0; i < clientTotal; i++) {
            final int count = i;
            executorService.execute(() -> {
                try {
                    semaphore.acquire();
                    update(count);
                    semaphore.release();
                } catch (Exception e) {
                    log.error("exception", e);
                }
                countDownLatch.countDown();
            });
        }
        countDownLatch.await();
        executorService.shutdown();
        log.info("size:{}", set.size());
    }
    private static void update(int i) {
        set.add(i);
    }
}
// 输出
size:5000

解决方案二(并发容器:CopyOnWriteArraySet)(对应 HashSet)

package com.mmall.concurrency.example.concurrent;
import com.mmall.concurrency.annoations.ThreadSafe;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.Set;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArraySet;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Semaphore;
@Slf4j
@ThreadSafe
public class CopyOnWriteArraySetExample {
    // 请求总数
    public static int clientTotal = 5000;
    // 同时并发执行的线程数
    public static int threadTotal = 200;
    private static Set<Integer> set = new CopyOnWriteArraySet<>();
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        final Semaphore semaphore = new Semaphore(threadTotal);
        final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(clientTotal);
        for (int i = 0; i < clientTotal; i++) {
            final int count = i;
            executorService.execute(() -> {
                try {
                    semaphore.acquire();
                    update(count);
                    semaphore.release();
                } catch (Exception e) {
                    log.error("exception", e);
                }
                countDownLatch.countDown();
            });
        }
        countDownLatch.await();
        executorService.shutdown();
        log.info("size:{}", set.size());
    }
    private static void update(int i) {
        set.add(i);
    }
}
// 输出
size:5000

分析


CopyOnWriteArraySet 写操作时复制,当有新元素添加到集合中时,从原有的数组中拷贝一份出来,然后在新的数组上作写操作,然后将原来的数组指向新的数组。整个数组的add操作都是在锁的保护下进行的,防止并发时复制多份副本。读操作是在原数组中进行,不需要加锁。

缺点


写操作时复制消耗内存

不能用于实时读的场景

由于复制和add操作等需要时间,故读取时可能读到旧值。

能做到最终一致性,但无法满足实时性的要求,更适合读多写少的场景。

如果无法知道数组有多大,或者add、set操作有多少,慎用此类。

迭代器不支持可变的remove操作。

设计思想


读写分离

最终一致性

使用时另外开辟空间,防止并发冲突


解决方案三(并发容器:ConcurrentSkipListSet)(对应 TreeSet)

package com.mmall.concurrency.example.concurrent;
import com.mmall.concurrency.annoations.ThreadSafe;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.Set;
import java.util.concurrent.ConcurrentSkipListSet;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Semaphore;
@Slf4j
@ThreadSafe
public class ConcurrentSkipListSetExample {
    // 请求总数
    public static int clientTotal = 5000;
    // 同时并发执行的线程数
    public static int threadTotal = 200;
    private static Set<Integer> set = new ConcurrentSkipListSet<>();
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        final Semaphore semaphore = new Semaphore(threadTotal);
        final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(clientTotal);
        for (int i = 0; i < clientTotal; i++) {
            final int count = i;
            executorService.execute(() -> {
                try {
                    semaphore.acquire();
                    update(count);
                    semaphore.release();
                } catch (Exception e) {
                    log.error("exception", e);
                }
                countDownLatch.countDown();
            });
        }
        countDownLatch.await();
        executorService.shutdown();
        log.info("size:{}", set.size());
    }
    private static void update(int i) {
        set.add(i);
    }
}
// 输出
size:5000

分析


支持自然排序

基于Map集合来进一步封装

contains、add、remove是线程安全的,但是其addAll,containsAll,removeAll不是线程安全的(因为这些批量操作是调用的父类里基础的单个contains、add、remove线程安全方法,所以不能保证原子性)

不能存空值


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