为什么java中的集合类在线程并发中不安全(含代码详解)

  现今这个时代,并发的安全问题越来越重要,几乎是每个公司面试的必问点.
其中会被问到为什么ArrayList在线程中不安全呢?
  接下来我们就来探讨一下原因吧

list 不安全

package com.unsafe;


import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.UUID;

public class ListTest {
    //Exception in thread "5" Exception in thread "2" Exception in thread "1" java.util.ConcurrentModificationException
    //并发修改异常
    public static void main(String[] args) {
        //并发下ArrayList 不安全的
     //        List<String> list = Arrays.asList("1", "2", "3");
     //        list.forEach(System.out::println);
             ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
             for (int i = 1; i < 10; i++) {
     new Thread(()->{
         list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));
         System.out.println(list);
     },String.valueOf(i)).start();
​        }
​    }
}

但是换一个实现类Vector,就能实现
解决方案一:


一般不建议说和用Vector 原因:

Vector也用了synchronized.而且Vector比ArrayList出来的更早

这个是ArrayList的源码:
我们总不能说历史在开倒车吧.肯定很有解决办法的
解决方案二:我们用collections的方法
解决方案三:我们可以使用读写锁

public static void main(String[] args) {
    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,读取的时候,固定的,写入的时候就可能存在覆盖操作,
        //在写入的时候避免覆盖造成的数据问题.
        
        //读写分离:Mycat
        
        //CopyOnWriteArrayList比Vector厉害在哪里?
        //Vector 的add方法都加上了synchronized,而CopyOnWriteArrayList并没有用到synchronized而是用的lock锁
 List<String> list =new CopyOnWriteArrayList<>();
        for (int i = 1; i < 10; i++) {
           new Thread(()->{
               list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,10));
               System.out.println(list);
           },String.valueOf(i)).start();


}
        }

一样能实现
读写锁的底层原理:

public class CopyOnWriteArrayList<E>
    implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 8673264195747942595L;

​    /** The lock protecting all mutators */
​    final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

​    /** The array, accessed only via getArray/setArray. */
​    private transient volatile Object[] array;

​    /**

   * Gets the array.  Non-private so as to also be accessible
   * from CopyOnWriteArraySet class.
     /
         final Object[] getArray() {
     return array;
         }

transient volatile
CopyOnWriteArrayList比Vector厉害在哪里?
Vector 的add方法都加上了synchronized,而CopyOnWriteArrayList并没有用到synchronized而是用的lock锁

CopyOnWriteArrayList:底层源码:

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();
    }
}

Vector:底层原理

public synchronized void addElement(E obj) {
    modCount++;
    ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
    elementData[elementCount++] = obj;
}

三种底层一比较,结果不言而喻了吧

Set不安全

有List就有set.为什么set也不安全呢?
我们需要追溯到hashSet的底层源码:

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

现在明白了吧set源于map.
那我们继续挖掘map:
我们来看看map的add方法: set本质就是map key 他是无法重复的!!

package com.unsafe;

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

/**

 * Exception in thread "8" Exception in thread "3" Exception in thread "1" Exception in thread "23" Exception in thread "14"
   Exception in thread "25" java.util.ConcurrentModificationException
 * HashSet<String> set = new HashSet<>();//不安全
 * 解决方案一:Set<String> set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());
 * 解决方案二:Set<String> set =new CopyOnWriteArraySet();
   *
    */
   public class SetList {
   public static void main(String[] args) {
       Set<String> set =new CopyOnWriteArraySet();
       for (int i = 1; i < 30; i++) {
           new Thread(()->{
               set.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));
               System.out.println(set);
           },String.valueOf(i)).start();
       }
   }
   }

由于set和list同级别,处理代码也是类似的.所以解决办法也和ArrayList类似处理

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

private static final Object PRESENT = new Object();//不变的值

所以进而得出:

map也不安全

map的解决方案:

package com.unsafe;

import java.util.Collections;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.UUID;
//Exception in thread "Thread-24" java.util.ConcurrentModificationException
   public class MapTest {
   public static void main(String[] args) {
       //Map是这样的吗?默认等价于什么?   不用这个,中作中不用hashmap
       //new HashMap<>(16,0.75);//加载因子,初始容量
       Map<String, String> map =new HashMap<>();//不安全
       
       for (int i = 0; i < 30; i++) {
           new Thread(()->{
               map.put(Thread.currentThread().getName(), UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));
               System.out.println(map);
           }).start();
       }
   }
   }

/**

• 解决方案一:Map<String, String> map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
• 解决方案二:Map<String, String> map =new ConcurrentHashMap<>();
  *
  */