ConcurrentHashMap、synchronized与线程安全

    xiaoxiao2024-12-29  13

    最近做的项目中遇到一个问题:明明用了ConcurrentHashMap,可是始终线程不安全

    除去项目中的业务逻辑,简化后的代码如下:

    [java]  view plain  copy public class Test40 {          public static void main(String[] args) throws InterruptedException {           for (int i = 0; i < 10; i++) {               System.out.println(test());           }       }              private static int test() throws InterruptedException {           ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<String, Integer>();           ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();           for (int i = 0; i < 8; i++) {               pool.execute(new MyTask(map));           }           pool.shutdown();           pool.awaitTermination(1, TimeUnit.DAYS);                      return map.get(MyTask.KEY);       }   }      class MyTask implements Runnable {              public static final String KEY = "key";              private ConcurrentHashMap<String, Integer> map;              public MyTask(ConcurrentHashMap<String, Integer> map) {           this.map = map;       }          @Override       public void run() {           for (int i = 0; i < 100; i++) {               this.addup();           }       }              private void addup() {           if (!map.containsKey(KEY)) {               map.put(KEY, 1);           } else {               map.put(KEY, map.get(KEY) + 1);           }           }   }   测试代码跑了10次,每次都不是800。这就很让人疑惑了,难道ConcurrentHashMap的线程安全性失效了?

    查了一些资料后发现,原来ConcurrentHashMap的线程安全指的是,它的每个方法单独调用(即原子操作)都是线程安全的,但是代码总体的互斥性并不受控制。以上面的代码为例,最后一行中的:

    [java]  view plain  copy map.put(KEY, map.get(KEY) + 1);   实际上并不是原子操作,它包含了三步:

    map.get加1map.put

    其中第1和第3步,单独来说都是线程安全的,由ConcurrentHashMap保证。但是由于在上面的代码中,map本身是一个共享变量。当线程A执行map.get的时候,其它线程可能正在执行map.put,这样一来当线程A执行到map.put的时候,线程A的值就已经是脏数据了,然后脏数据覆盖了真值,导致线程不安全

    简单地说,ConcurrentHashMap的get方法获取到的是此时的真值,但它并不保证当你调用put方法的时候,当时获取到的值仍然是真值

    为了使上面的代码变得线程安全,我引入了synchronized关键字来修饰目标方法,如下:

    [java]  view plain  copy public class Test40 {          public static void main(String[] args) throws InterruptedException {           for (int i = 0; i < 10; i++) {               System.out.println(test());           }       }              private static int test() throws InterruptedException {           ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<String, Integer>();           ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();           for (int i = 0; i < 8; i++) {               pool.execute(new MyTask(map));           }           pool.shutdown();           pool.awaitTermination(1, TimeUnit.DAYS);                      return map.get(MyTask.KEY);       }   }      class MyTask implements Runnable {              public static final String KEY = "key";              private ConcurrentHashMap<String, Integer> map;              public MyTask(ConcurrentHashMap<String, Integer> map) {           this.map = map;       }          @Override       public void run() {           for (int i = 0; i < 100; i++) {               this.addup();           }       }              private synchronized void addup() { // 用关键字synchronized修饰addup方法           if (!map.containsKey(KEY)) {               map.put(KEY, 1);           } else {               map.put(KEY, map.get(KEY) + 1);           }       }          }   运行之后仍然是线程不安全的,难道synchronized也失效了?

    查阅了synchronized的资料后,原来,不管synchronized是用来修饰方法,还是修饰代码块,其本质都是锁定某一个对象。修饰方法时,锁上的是调用这个方法的对象,即this;修饰代码块时,锁上的是括号里的那个对象

    在上面的代码中,很明显就是锁定的MyTask对象本身。但是由于在每一个线程中,MyTask对象都是独立的,这就导致实际上每个线程都对自己的MyTask进行锁定,而并不会干涉其它线程的MyTask对象。换言之,上锁压根没有意义

    理解到这点之后,对上面的代码又做了一次修改:

    [java]  view plain  copy public class Test40 {          public static void main(String[] args) throws InterruptedException {           for (int i = 0; i < 10; i++) {               System.out.println(test());           }       }              private static int test() throws InterruptedException {           ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<String, Integer>();           ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();           for (int i = 0; i < 8; i++) {               pool.execute(new MyTask(map));           }           pool.shutdown();           pool.awaitTermination(1, TimeUnit.DAYS);                      return map.get(MyTask.KEY);       }   }      class MyTask implements Runnable {              public static final String KEY = "key";              private ConcurrentHashMap<String, Integer> map;              public MyTask(ConcurrentHashMap<String, Integer> map) {           this.map = map;       }          @Override       public void run() {           for (int i = 0; i < 100; i++) {               synchronized (map) { // 对共享对象map上锁                   this.addup();               }           }       }              private void addup() {           if (!map.containsKey(KEY)) {               map.put(KEY, 1);           } else {               map.put(KEY, map.get(KEY) + 1);           }       }          }   此时在调用addup时直接锁定map,由于map是被所有线程共享的,因而达到了让所有线程互斥的目的,线程安全达成。

    修改后,ConcurrentHashMap的作用就不大了,可以直接将代码中的map换成普通的HashMap,以减少由ConcurrentHashMap带来的锁开销

    最后特别补充的是,synchronized关键字判断对象是否是它属于锁定的对象,本质上是通过 == 运算符来判断的。换句话说,上面的代码中,可以采用任何一个常量,或者每个线程都共享的变量,或者MyTask类的静态变量,来代替map。只要该变量与synchronized锁定的目标变量相同(==),就可以使synchronized生效

    综上,代码最终可以修改为:

    [java]  view plain  copy public class Test40 {          public static void main(String[] args) throws InterruptedException {           for (int i = 0; i < 100; i++) {               System.out.println(test());           }       }              private static int test() throws InterruptedException {           Map<String, Integer> map = new HashMap<String, Integer>();           ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();           for (int i = 0; i < 8; i++) {               pool.execute(new MyTask(map));           }           pool.shutdown();           pool.awaitTermination(1, TimeUnit.DAYS);                      return map.get(MyTask.KEY);       }   }      class MyTask implements Runnable {              public static Object lock = new Object();              public static final String KEY = "key";              private Map<String, Integer> map;              public MyTask(Map<String, Integer> map) {           this.map = map;       }          @Override       public void run() {           for (int i = 0; i < 100; i++) {               synchronized (lock) {                   this.addup();               }           }       }              private void addup() {           if (!map.containsKey(KEY)) {               map.put(KEY, 1);           } else {               map.put(KEY, map.get(KEY) + 1);           }       }          }   转自:http://blog.csdn.net/sadfishsc/article/details/42394955
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