List集合多线程并发条件下不安全，如何解决？

Posted 2021-05-21 DT辰白

List集合多线程并发

• 前言
• 一、List集合使用模拟并发测试
• • 1.1 单线程环境下
  • 1.2 多线程环境下
• 二、解决方案
• • 2.1 使用Vector类
  • 2.1 使用Collections.synchronizedList
  • 2.3 使用并发容器CopyOnWriteArrayList
• 总结

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前言

在日常开发过程中，List是我们常用的集合，比如查询数据库内容返回值比会用一个集合来装，但是在多线程并发的条件下，会出现安全问题吗？下面我们就来测试一下，如果出现安全问题，该如何解决.

一、List集合使用模拟并发测试

1.1 单线程环境下

public static void main(String[] args) {
    // List集合
    List<String> list = new ArrayList<>();
    // 循环插入
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));
        System.out.println(list);
    }
}

可以看到单线程条件下，我们做list的插入操作完全没问题，下面我们来模拟并发条件下执行，会出现什么问题。

1.2 多线程环境下

public static void main(String[] args) {
    // List集合
    List<String> list = new ArrayList<>();
    // 循环插入
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        // 开启线程执行
        new Thread(()->{
            list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));
            System.out.println(list);
        },"线程List").start();

    }
}

ArrayList在迭代的时候如果同时对其进行修改就会抛出java.util.ConcurrentModificationException异常，就是并发修改异常。

二、解决方案

2.1 使用Vector类

public static void main(String[] args) {
    // List集合
    List<String> list = new Vector<>();
    // 循环插入
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        // 开启线程执行
        new Thread(()->{
            list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));
            System.out.println(list);
        },"线程List").start();

    }
}

Vector 是同步访问的，它的add方法底层加了synchronized关键字修饰。

测试结果：

2.1 使用Collections.synchronizedList

public static void main(String[] args) {
   // List集合
    List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
    // 循环插入
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        // 开启线程执行
        new Thread(()->{
            list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));
            System.out.println(list);
        },"线程List").start();

    }
}

查看底层源码可以发现他也使用了synchronized关键字修饰。

2.3 使用并发容器CopyOnWriteArrayList

public static void main(String[] args) {
    // List集合
    List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
    // 循环插入
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        // 开启线程执行
        new Thread(()->{
            list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));
            System.out.println(list);
        },"线程List").start();

    }
}

查看源码它使用的是lock锁机制。

写入时复制，有多个线程调用的时候，写入的时候，复制一份，避免覆盖造成数据问题。就是在写的时候不对原集合进行修改，而是重新复制一份，修改完之后，再移动指针。

从JDK1.5开始Java并发包里提供了两个使用CopyOnWrite机制实现的并发容器,它们是CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet。CopyOnWrite容器非常有用，可以在非常多的并发场景中使用到。

解读源码：

/**
 * Appends the specified element to the end of this list.
 *
 * @param e element to be appended to this list
 * @return {@code true} (as specified by {@link Collection#add})
 */
public boolean add(E e) {
    final ReentrantLock lock = this.lock;//可重入锁
    lock.lock();//加锁
    try {
        Object[] elements = getArray();
        int len = elements.length;
        Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);//拷贝新数组
        newElements[len] = e;
        setArray(newElements);//将引用指向新数组
        return true;
    } finally {
        lock.unlock();//解锁
    }
}

add()在添加集合的时候加上了锁，保证了同步，避免了多线程写的时候会Copy出N个副本出来。

总结

CopyOnWriteArrayList使用场景：读多写少（白名单，黑名单，商品类目的访问和更新场景），集合不大。所以一般来说，我们都会使用JUC包下给我们提供的线程安全容器，而不是使用老一代的线程安全容器。