4 集合的线程安全

4.1 集合操作Demo

NotSafeDemo

public class ClassNotSafeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List list = new ArrayList();
        for (int i = 0; i < 100; i++) {

            new Thread(()->{
                list.add(UUID.randomUUID().toString());
                System.out.println(list);
            },"线程"+i).start();
        }

    }
}

异常类容

java.util.ConcurrentModificationException

问题: 为什么会出现并发修改异常?

查看 ArrayList 的 add 方法源码

/**
     * Appends the specified element to the end of this list.
     *
     * @param e element to be appended to this list
     * @return <tt>true</tt> (as specified by {@link Collection#add})
     */
    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

==那么我们如何去解决 List 类型的线程安全问题?==

3.2 Vector

Vecto是矢量队列，它是JDK1.0版本添加的类。继承于 AbstractList，实现

了 List, RandomAccess, Cloneable 这些接口。 Vector 继承了 AbstractList，

实现了 List；所以，它是一个队列，支持相关的添加、删除、修改、遍历等功能。 Vector 实现了 RandmoAccess 接口，即提供了随机访问功能。RandmoAccess 是 java 中用来被 List 实现，为 List 提供快速访问功能的。在Vector 中，我们即可以通过元素的序号快速获取元素对象；这就是快速随机访问。 Vector 实现了 Cloneable 接口，即实现 clone()函数。它能被克隆。

==和 ArrayList 不同，Vector 中的操作是线程安全的。==

public class ClassNotSafeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List list = new Vector();
        for (int i = 0; i < 100; i++) {

            new Thread(()->{
                list.add(UUID.randomUUID().toString());
                System.out.println(list);
            },"线程"+i).start();
        }

    }
}

现在没有运行出现并发异常,为什么?

查看 Vector 的 add 方法

/**
     * Appends the specified element to the end of this Vector.
     *
     * @param e element to be appended to this Vector
     * @return {@code true} (as specified by {@link Collection#add})
     * @since 1.2
     */
    public synchronized boolean add(E e) {
        modCount++;
        ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
        elementData[elementCount++] = e;
        return true;
    }

add方法被synchronized同步修饰，线程安全！因此没有并发异常

4.3 Collections

Collections提供了方法synchronizedList保证list是同步线程安全的

NotSafeDemo代码修改

public class ClassNotSafeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
        for (int i = 0; i < 100; i++) {

            new Thread(()->{
                list.add(UUID.randomUUID().toString());
                System.out.println(list);
            },"线程"+i).start();
        }

    }
}

没有并发修改异常

查看源码

/**
     * Returns a synchronized (thread-safe) list backed by the specified
     * list.  In order to guarantee serial access, it is critical that
     * <strong>all</strong> access to the backing list is accomplished
     * through the returned list.<p>
     *
     * It is imperative that the user manually synchronize on the returned
     * list when iterating over it:
     * <pre>
     *  List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList());
     *      ...
     *  synchronized (list) {
     *      Iterator i = list.iterator(); // Must be in synchronized block
     *      while (i.hasNext())
     *          foo(i.next());
     *  }
     * </pre>
     * Failure to follow this advice may result in non-deterministic behavior.
     *
     * <p>The returned list will be serializable if the specified list is
     * serializable.
     *
     * @param  <T> the class of the objects in the list
     * @param  list the list to be "wrapped" in a synchronized list.
     * @return a synchronized view of the specified list.
     */
    public static <T> List<T> synchronizedList(List<T> list) {
        return (list instanceof RandomAccess ?
                new SynchronizedRandomAccessList<>(list) :
                new SynchronizedList<>(list));
    }

4.4 CopyOnWriteArrayList(重点)

首先我们对CopyOnWriteArrayList进行学习，其特点如下：

它相当于线程安全的ArrayList。和ArrayList一样，它是个可变数组；但是和ArrayList不同的是，它具有以下特征：

1.它最适合于具有以下特征的应用程序：List 大小通常保持很小，只读操作远多于可变操作，需要在遍历期间防止线程间的冲突。

2.它是线程安全的。

3.因为通常需要复制整个基础数组，所以可变操作（ad d()、set()和remove()等等）的开销很大。

4.迭代器支持hasNext()，next()等不可变操作，但不支持可变remove()等操作。

5.使用迭代器进行遍历的速度很快，并且不会与其他线程发生冲突。在构造迭代器时，迭代器依赖不变的数组快照。

1.独占锁效率低：采用读写分离思想

2.写线程获取到锁，其他线程阻塞。

3.赋值思想：

当我们往一个容器添加元素的时候，不直接往当前容器添加，而是先将当前容器进行 Copy，复制出一个新的容器，然后新的容器里添加元素，添加完元素之后，再将原容器的引用指向新的容器。

这时候会抛出来一个新的问题，也就是数据不一致的问题。如果写线程还没来得及写会内存，其他的线程就会读到了脏数据。

==这就是 CopyOnWriteArrayList 的思想和原理。就是拷贝一份。==

public class ClassNotSafeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List list = new CopyOnWriteArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 100; i++) {

            new Thread(()->{
                list.add(UUID.randomUUID().toString());
                System.out.println(list);
            },"线程"+i).start();
        }

    }
}

没有线程安全问题

原因分析(重点):==动态数组与线程安全==

下面从“动态数组”和“线程安全”两个方面进一步对CopyOnWriteArrayList的原理进行说明。

“动态数组”机制
它内部有个“volatile数组”(array)来保持数据。在“添加/修改/删除”数据时，都会新建一个数组，并将更新后的数据拷贝到新建的数组中，最后再将该数组赋值给“volatile 数组”, 这就是它叫做CopyOnWriteArrayList 的原因
由于它在“添加/修改/删除”数据时，都会新建数组，所以涉及到修改数据的操作，CopyOnWriteArrayList效率很低；但是单单只是进行遍历查找的话，效率比较高。
“线程安全”机制
通过 volatile 和互斥锁来实现的。
通过“volatile 数组”来保存数据的。一个线程读取 volatile 数组时，总能看到其它线程对该 volatile 变量最后的写入；就这样，通过 volatile 提供了“读取到的数据总是最新的”这个机制的保证。
通过互斥锁来保护数据。在“添加/修改/删除”数据时，会先“获取互斥锁”，再修改完毕之后，先将数据更新到“volatile 数组”中，然后再“释放互斥锁”，就达到了保护数据的目的。