使用JDK的同步容器时，应该避免那些坑？

Posted 2022-08-02 华为云开发者联盟

摘要：在使用JDK中的同步容器时，应该尽量避免哪些坑

本文分享自华为云社区《​​【高并发】亿级流量高并发秒杀系统商品“超卖”了，只因使用的JDK同步容器中存在这两个巨大的坑！！（踩坑实录)​​》，作者：冰 河。

同步容器与并发容器

在JDK中，总体上可以将容器分为同步容器和并发容器。

同步容器一般指的是JDK1.5版本之前的线程安全的容器，同步容器有个最大的问题，就是性能差，容器中的所有方法都是用synchronized保证互斥，串行度太高。在JDK1.5之后提供了性能更高的线程安全的容器，我们称之为并发容器。

无论是同步容器还是并发容器，都可以将其分为四个大类，分别为：List、Set、Map和Queue，如下所示。

接下来，我们就简单聊聊使用JDK中的同步容器时，究竟要注意避免哪些坑。

同步容器的坑

在Java中，容器可以分为四大类：List、Set、Map和Queue，但是在这些容器中，有些容器并不是线程安全的，例如我们经常使用的ArrayList、HashSet、HashMap等等就不是线程安全的容器。

那么，根据我们在【精通高并发系列】专栏学习的并发编程知识，如何将一个不是线程安全的容器变成线程安全的呢？ 相信有很多小伙伴都能够想到一个办法，那就是把非线程安全的容器的方法都加上synchronized锁，使这些方法的访问都变成同步的。

没错，这确实是一种解决方案，例如，我们自定义一个 CustomSafeHashMap类，内部维护着一个HashMap，外界对HashMap的访问都加上了synchronized锁，以此来保证方法的原子性，例如下面的伪代码所示。

public class CustomSafeHashMap<K, V>
 private Map<K, V> innerMap = new HashMap<K, V>();
 public synchronized void put(K k, V v)
 innerMap.put(k, v);
 
 public synchronized V get(K k)
 return innerMap.get(k);
 

看到这里，一些小伙伴可能会想：是不是所有的非线程安全的容器类都可以通过为方法添加synchronized锁来保证方法的原子性，从而使容器变得安全呢？

是的，我们可以通过为非线程安全的容器方法添加synchronized锁来解决容器的线程安全问题。其实，在JDK中也是这么做的。例如，在JDK中提供了线程安全的List、Set和Map，它们都是通过synchronized锁保证线程安全的。

例如，我们可以通过如下方式创建线程安全的List、Set和Map。

List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList());
Set set = Collections.synchronizedSet(new HashSet());
Map map = Collections.synchronizedMap(new HashMap());

那么，说了这么多，同步容器有哪些坑呢？

坑一：竞态条件问题

在使用同步容器时需要注意的是，在并发编程中，组合操作要时刻注意竞态条件，例如下面的代码。

public class CustomSafeHashMap<K, V>
 private Map<K, V> innerMap = new HashMap<K, V>();
 public synchronized void put(K k, V v)
 innerMap.put(k, v);
 
 public synchronized V get(K k)
 return innerMap.get(k);
 
 public synchronized void putIfNotExists(K k, V v)
 if(!innerMap.containsKey(k))
 innerMap.put(k, v);
 
 

其中，putIfNotExists()方法就包含组合操作。在高并发环境中，存在组合操作的方法可能就会存在竞态条件。

也就是说，在并发编程中，即使每个操作都能保证原子性，也不能保证组合操作的原子性。

坑二：使用迭代器遍历容器

一个容易被人忽略的坑就是使用迭代器遍历容器，对容器中的每个元素调用一个方法，这就存在了并发问题，这些组合操作不具备原子性。

例如下面的代码，通过迭代器遍历同步List，对List集合中的每个元素调用format()方法。

List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList());
Iterator iterator = list.iterator(); 
while (iterator.hasNext())
 format(iterator.next());

此时，会存在并发问题，这些组合操作并不具备原子性。

如何解决这个问题呢？一个很简单的方式就是锁住list集合，如下所示。

List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList());
synchronized(list)
 Iterator iterator = list.iterator(); 
 while (iterator.hasNext())
 format(iterator.next()); 
 

这里，为何锁住list集合就能够解决并发问题呢？

这是因为在Collections类中，其内部的包装类的公共方法锁住的对象是this，其实就是上面代码中的list，所以，我们对list加锁后，就能够保证线程的安全性了。

在Java中，同步容器一般都是基于synchronized锁实现的，有些是通过包装类实现的，例如List、Set、Map等。有些不是通过包装类实现的，例如Vector、Stack、HashTable等。

对于这些容器的遍历操作，一定要为容器添加互斥锁保证整体的原子性。

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