ArrayList
首先手写一个案例来证明ArrayList不安全。
运行多次查看结果～
打印结果与我们的预期不符，list集合中添加了null。
将线程数量添加至30个
运行报java.util.ConcurrentModificationException并发修改异常
至此我们可以发现ArrayList是多线程下的不安全的。
public class ContainerNotSafeDemo {
public static void main(String[] args) {
//java.util.ConcurrentModificationException
//new Vector<>();
//Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
//new CopyOnWriteArrayList<>();
List list = new ArrayList<>();
for (int i = 1; i <= 30; i++) {
new Thread(() -> {
list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0, 8));
System.out.println(list);
}, String.valueOf(i)).start();
}
}
}
Vector
在我们学集合的时候，就已经知道该类是多线程安全的。使用它来进行测试
运行结果，发现未发现报错。说明该类是在多线程下安全的。
为啥Vector在多线程下安全呢？我们可以查看源码
发现该类的add等方法是加了synchronized关键字的，是同步方法～虽然该类能保证多线程下的安全。但不推荐使用，存在性能问题！
而且我们查看源码可以得知，Vector是jdk1.0就存在的。
而ArrayList是jdk1.2才开始的。
也就是官方在推出一个多线程下安全的list集合类后，特地推出一个不安全的ArrayList类？这是让人难以理解的，除非他能够比Vector做的跟好！
SynchronizedList
我们可以通过Collections.synchronizedList将ArrayList转换成一个线程安全的SynchronizedList。
查看源码发现
与Vector使用同步方法不同，SynchronizedList底层使用同步代码块来保证线程安全。
SynchronizedList和Vector最主要的区别：
SynchronizedList有很好的扩展和兼容功能。他可以将所有的List的子类转成线程安全的类。
使用SynchronizedList的时候，进行遍历时要手动进行同步处理。
SynchronizedList可以指定锁定的对象。
CopyOnWriteArrayList
前两个方法跟我们JUC是没有关系的，既然是JUC我们可以使用JUC包下的CopyOnWriteArrayList类
运行测试，结果正常
查看CopyOnWriteArrayList源码
Object型数组array存放数据，并且发现array这个Object数组是用volatile关键字修饰的，保持可见性（后面文章会写）
查看add方法
底层是用来ReentrantLock锁来保持多线程同步的。
public boolean add(E e) {
//1、先加锁
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
//2、拷贝数组
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
//3、将元素加入到新数组中
newElements[len] = e;
//4、将array引用指向到新数组
setArray(newElements);
return true;
} finally {
//5、解锁
lock.unlock();
}
}
该源码解析
- 首先使用
ReentrantLock锁保证该操作是多线程下安全的。 -
Object[] elements = getArray();获取到当前类中的Object型数组array -
int len = elements.length;Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);并且获取到原来存储元素数组的长度。利用Arrays.copyOf方法将数组复制为newElements，并且长度+1。 -
newElements[len] = e;接着将添加到元素添加到数据末尾处 -
setArray(newElements);设置newElements为当前类的array。 -
retrun true添加成功返回true
CopyOnWriteArrayList使用了一种叫写时复制的方法，当有新元素添加到CopyOnWriteArrayList时，先从原有的数组中拷贝一份出来，然后在新的数组做写操作，写完之后，再将原来的数组引用指向到新数组。
当有新元素加入的时候，如下图，创建新数组，并往新数组中加入一个新元素,这个时候，array这个引用仍然是指向原数组的。
CopyOnWriteArrayList的整个add操作都是在锁的保护下进行的。
这样做是为了避免在多线程并发add的时候，复制出多个副本出来,把数据搞乱了，导致最终的数组数据不是我们期望的。
由于所有的写操作都是在新数组进行的，这个时候如果有线程并发的写，则通过锁来控制，如果有线程并发的读，则分几种情况：
1、如果写操作未完成，那么直接读取原数组的数据；
2、如果写操作完成，但是引用还未指向新数组，那么也是读取原数组数据；
3、如果写操作完成，并且引用已经指向了新的数组，那么直接从新数组中读取数据。
可见，CopyOnWriteArrayList的读操作是可以不用加锁的
通过上面的分析，CopyOnWriteArrayList 有几个缺点：
由于写操作的时候，需要拷贝数组，会消耗内存，如果原数组的内容比较多的情况下，可能导致
young gc或者full gc不能用于实时读的场景，像拷贝数组、新增元素都需要时间，所以调用一个
set操作后，读取到数据可能还是旧的,虽然CopyOnWriteArrayList能做到最终一致性,但是还是没法满足实时性要求；
CopyOnWriteArrayList 合适读多写少的场景，不过这类慎用
因为谁也没法保证CopyOnWriteArrayList 到底要放置多少数据，万一数据稍微有点多，每次add/set都要重新复制数组，这个代价实在太高昂了。在高性能的互联网应用中，这种操作分分钟引起故障。
HashSet
多线程下同样出现java.util.ConcurrentModificationException并发修改异常。该类不安全
public class ContainerNotSafeDemo {
public static void main(String[] args) {
//java.util.ConcurrentModificationException
//Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());
//new CopyOnWriteArraySet<>();
Set set = new HashSet<>();
for (int i = 1; i <= 30; i++) {
new Thread(() -> {
set.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0, 8));
System.out.println(set);
}, String.valueOf(i)).start();
}
}
}
SynchronizedSet
使用工具类将HashSet转换成SynchronizedSet。Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());
查看源码该类继承SynchronizedCollection
SynchronizedCollection中的添加删除方法也都是使用了同步代码块，来保证线程安全。
CopyOnWriteArraySet
同样JUC包下提供了CopyOnWriteArraySet
查看CopyOnWriteArraySet的源码
发现其底层使用的还是CopyOnWriteArrayList。。其操作都是借用来CopyOnWriteArrayList来实现的。
HashMap
多线程下同样出现java.util.ConcurrentModificationException并发修改异常。该类不安全
public class ContainerNotSafeDemo {
public static void main(String[] args) {
//java.util.ConcurrentModificationException
// Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
// new ConcurrentHashMap<>();
Map map = new HashMap<>();
for (int i = 1; i <= 30; i++) {
new Thread(() -> {
map.put(UUID.randomUUID().toString().substring(0, 8),UUID.randomUUID().toString().substring(0, 8));
System.out.println(map);
}, String.valueOf(i)).start();
}
}
}
SynchronizedMap
使用工具类将HashMapt转换成SynchronizedMap。Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
查看源码，同样适用同步代码快来保证线程安全。
ConcurrentHashMap
同样JUC提供了ConcurrentHashMap