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Java 同步工具与组合类的线程安全性分析( 二 )

Java


  1. 对同一个变量 ( 反复 ) 读-改-写 。
  2. 修改受某个不变性条件约束的多个变量 。
正确地拓展同步策略在大部分情况下，我们不能通过直接修改类源码的形式补充同步策略 。比如，普通的 List<T> 接口不保证底下的各种实现是线程安全的，但我们可以通过类似代理的方式将线程安全委托给第三方 。比如：
class ThreadSafeArrayList {private final List<Integer> list;public ThreadSafeArrayList(List<Integer> l){list =l;}// 添加新的方法public synchronized boolean putIfAbsent(Integer a){if(list.contains(a)) {list.add(a);return true;}return false;}// 代理 add 方法，其它略public synchronized boolean add(Integer a) {return list.add(a);}// ...}复制代码事实上，Java 类库已经有了对应的线程安全类 。通常，我们应当优先重用这些已有的类 。在下方的代码块中，我们使用
Collection.synchronizedList 工厂方法创建一个线程安全的 list 对象，这样似乎就只需要为新拓展的 putIfAbsent() 方法加锁了 。
class ThreadUnSafeArrayList {private final List<Integer> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());// 添加新的方法public synchronized boolean putIfAbsent(Integer a){if(list.contains(a)) {list.add(a);return true;}return false;}public boolean add(Integer a){return list.add(a);}//...}复制代码但是，上述的代码是错误的 。为什么？问题在于，我们使用了错误的锁进行了同步 。当调用的是 add 方法时，使用的是列表对象的内置锁；但调用 putIfAbsent 方法时，我们使用的却是 ThreadUnsafeArrayList 对象的内置锁 。这意味着 putIfAbsent 方法对于其它的方法来说不是原子的，因此无法确保一个线程执行 putIfAbsent 方法时，其它线程是否会通过调用其它方法修改列表 。
因此，想要让这个方法正确执行，我们必须要在正确的地方上锁 。
class ThreadUnSafeArrayList {private final List<Integer> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());public boolean putIfAbsent(Integer a){synchronized (list){if(list.contains(a)) {list.add(a);return true;}return false;}}}复制代码同步容器同步容器是安全的，但在某些情况下仍然需要客户端加锁 。常见的操作如：
  1. 迭代；
  2. 跳转 ( 比如，寻找下一个元素 )；
  3. 条件运算，如 "若没有则 XX 操作" ( 一种常见的复合操作 )；
复合操作不受同步容器保护这里有两个线程 T1，T2 分别会以不可预测的次序执行两个代码块，它们负责删除和读取 list 中的末尾元素 。我们在这里使用的是库中的同步列表，因此可以确保 size() ， remove() ， get() 方法全部是原子的 。但是，当程序以 x1 ， y1 ， x2 ， y2 的操作次序执行时，主程序最终仍然会抛出 IndexOutOfBoundsException 异常 。
class DemoOfConcurrentFail {public final List<Integer> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());{Collections.addAll(list, 1, 2, 3, 4, 5);}public static void main(String[] args) {var testList = new DemoOfConcurrentFail().list;Runnable t1 = () -> {var last = testList.size() - 1;// x1testList.remove(last);// x2};Runnable t2 = () -> {var last = testList.size() -1;// y1varr = testList.get(last);// y2System.out.println(r);};new Thread(t1).start();new Thread(t2).start();}}复制代码究其原因，两个线程 T1，T2 执行的复合操作没有受锁保护 ( 实际上就是前文银行转账的例子中犯过的错误 ) 。所以正确的做法是对复合操作整体加锁 。比如：
var mutex = new Object();Runnable t1 = () -> {synchronized (mutex){var last = testList.size() - 1;// x1testList.remove(last);// x2}};Runnable t2 = () -> {synchronized (mutex){var last = testList.size() -1;// y1varr = testList.get(last);// y2System.out.println(r);}};// ...复制代码同步容器的迭代问题在迭代操作中，类似的问题也仍然存在 。无论是直接的 for 循环还是 for-each 循环，对容器的遍历方式是使用 Iterator 。而使用迭代器本身也是先判断 ( hasNext ) 再读取 ( next ) 的复合过程 。Java 对同步容器的迭代处理是：假设某一个线程在迭代的过程中发现容器被修改过了，则立刻失败 ( 也称及时失败 )，并抛出一个
ConcurrentModificationException 异常 。
// 可能需要运行多次才能抛出 ConcurrentModificationExceptionRunnable t1 = () -> {// 删除中间的元素int mid =testList.size() / 2;testList.remove(mid);};Runnable t2 = () -> {for(var item : testList){System.out.println(item);}};new Thread(t1).start();new Thread(t2).start();复制代码


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