CurrentHashMap putIfAbsent(key,value)用法讨论

先看一段代码：

public class Locale {  
    private final static Map<String, Locale> map = new HashMap<String,Locale>();  
    public static Locale getInstance(String language, String country,  
            String variant) {  
        //...  
        String key = some_string;  
        Locale locale = map.get(key);  
        if (locale == null) {  
            locale = new Locale(language, country, variant);  
            map.put(key, locale);  
        }  
        return locale;  
    }  
    // ....  
}

这段代码要做的事情是：

调用 map.get(key) 方法，判断 map 里面是否有该 key 对应的 value （Locale 对象）。
如果返回 null，表示 map 里面没有要查找的 key-value mapping。new 一个 Locale 对象，并把 new 出来的这个对象与 key 一起放入 map。
最后返回新创建的 Locale 对象
我们期望每次调用 getInstance 方法时要保证相同的 key 返回同一个 Local 对象引用。那么，单看第一段代码，请问它能实现这个期望么？

答案是：在单线程环境下可以满足要求，但是在多线程环境下会存在线程安全性问题，即不能保证在并发的情况相同的 key 返回同一个 Local 对象引用。

这是因为在上面的代码里存在一个习惯被称为 put-if-absent 的操作 [1]，而这个操作存在一个 race condition：

if (locale == null) {
locale = new Locale(language, country, variant);
map.put(key, locale);
}

因为在某个线程做完 locale == null 的判断到真正向 map 里面 put 值这段时间，其他线程可能已经往 map 做了 put 操作，这样再做 put 操作时，同一个 key 对应的 locale 对象被覆盖掉，最终 getInstance 方法返回的同一个 key 的 locale 引用就会出现不一致的情形。所以对 Map 的 put-if-absent 操作是不安全的（thread safty）。

为了解决这个问题，java 5.0 引入了 ConcurrentMap 接口，在这个接口里面 put-if-absent 操作以原子性方法 putIfAbsent(K key, V value) 的形式存在。正如 javadoc 写的那样：

/** 
     * If the specified key is not already associated 
     * with a value, associate it with the given value. 
     * This is equivalent to 
     * <pre> 
     *   if (!map.containsKey(key)) 
     *       return map.put(key, value); 
     *   else 
     *       return map.get(key);</pre> 
     * except that the action is performed atomically. 
     * ..... 
     */

所以可以使用该方法替代上面代码里的操作。但是，替代的时候很容易犯一个错误。请看下面的代码：

public class Locale implements Cloneable, Serializable {  
    private final static ConcurrentMap<String, Locale> map = new ConcurrentHashMap<String, Locale>();  
    public static Locale getInstance(String language, String country,  
            String variant) {  
        //...  
        String key = some_string;  
        Locale locale = map.get(key);  
        if (locale == null) {  
            locale = new Locale(language, country, variant);  
            map.putIfAbsent(key, locale);  
        }  
        return locale;  
    }  
    // ....  
}

这段代码使用了 Map 的 concurrent 形式（ConcurrentMap、ConcurrentHashMap），并简单的使用了语句map.putIfAbsent(key, locale) 。这同样不能保证相同的 key 返回同一个 Locale 对象引用。

这里的错误出在忽视了 putIfAbsent 方法是有返回值的，并且返回值很重要。依旧看 javadoc：

/** 
  * @return  the previous value associated with the specified key, or 
  *         <tt>null</tt> if there was no mapping for the key. 
  *         (A <tt>null</tt> return can also indicate that the map 
  *         previously associated <tt>null</tt> with the key, 
  *         if the implementation supports null values.) 
  */

“如果（调用该方法时）key-value 已经存在，则返回那个 value 值。如果调用时 map 里没有找到 key 的 mapping，返回一个 null 值”

所以，使用 putIfAbsent 方法时切记要对返回值进行判断。如下所示（java.util.Locale 类中的实现代码）：

public final class Locale implements Cloneable, Serializable {  
    // cache to store singleton Locales  
    private final static ConcurrentHashMap<String, Locale> cache = new ConcurrentHashMap<String, Locale>(32);  
    static Locale getInstance(String language, String country, String variant) {  
        if (language== null || country == null || variant == null) {  
            throw new NullPointerException();  
        }  

    StringBuilder sb = new StringBuilder();  
    sb.append(language).append('_').append(country).append('_').append(variant);  
    String key = sb.toString();  
    Locale locale = cache.get(key);  
    if (locale == null) {  
        locale = new Locale(language, country, variant);  
        Locale l = cache.putIfAbsent(key, locale);  
        if (l != null) {  
        locale = l;  
        }  
    }  
    return locale;  
    }  
}

与前段代码相比，增加了对方法返回值的判断：

Locale l = cache.putIfAbsent(key, locale);    
if (l != null) {    
    locale = l;    
}

本文写的内容源于今天阅读 java.util.DateFormat 源码时碰到的一个用法，更准确的说，这个用法出现在 java SE 6 的 java.util.Locale 类的 getInstance(String language, String country, String variant) 方法实现部分。

加之前阵子刚看过 FindBugs 的某个 ppt [2]，ppt 上举了几个 Java 程序员容易犯错的代码写法的例子，其中一个就是忽视ConcurrentMap.putIfAbsent 方法返回值的情况。

CurrentHashMap putIfAbsent(key,value)用法讨论

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