集合类型的并发Collections.synchronizedList

Posted 2020-08-15 672530440

摘要: 详细的解析：Collections.synchronizedList
    1 ：关注要点，为什么在有synchroniezed方法的同时会出现 Collections.synchronizedList
    2 ：知识背景： 您可能需要了解java Synchronized方法的加锁的各种机制，包括如何上锁，锁对象
    3 ： plus： 您需要不断的深化 Java加锁的各种机制

@NotThreadSafe  
class BadListHelper <E> {  
    public List<E> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<E>());  

    public synchronized boolean putIfAbsent(E x) {  
        boolean absent = !list.contains(x);  
        if (absent)  
            list.add(x);  
        return absent;  
    }  
}  
 
  这个示例希望实现的功能是为List提供一个原子操作：若没有则添加。因为ArrayList本身不是线程安全的，所以通过集合Collections.synchronizedList将其转换为一个线程安全的类，然后通过一个辅助的方法来为List实现这么个功能。初看起来这个方法没问题，因为也添加了synchronized关键字实现加锁了。
 
 但是仔细分析，你会发现问题。首先对于synchronized关键字，需要说明的是，它是基于当前的对象来加锁的，上面的方法也可以这样写：

public boolean putIfAbsent(E x) {  
    synchronized(this) {  
        boolean absent = !list.contains(x);  
        if (absent)  
            list.add(x);  
        return absent;  
    }  
}  

  所以这里的锁其实是BadListHelper对象， 而可以肯定的是Collections.synchronizedList返回的线程安全的List内部使用的锁绝对不是BadListHelper的对象，应为你在声明和初始化这个集合的过程之中，你尚且都不知道这个对象的存在。所以BadListHelper中的putIfAbsent方法和线程安全的List使用的不是同一个锁，因此上面的这个加了synchronized关键字的方法依然不能实现线程安全性。
 
 下面给出书中的另一种正确的实现：

@ThreadSafe  
class GoodListHelper <E> {  
    public List<E> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<E>());  

    public boolean putIfAbsent(E x) {  
        synchronized (list) {  
            boolean absent = !list.contains(x);  
            if (absent)  
                list.add(x);  
            return absent;  
        }  
    }  
}  
  如果你要分析这个实现是否正确，你需要搞清楚Collections.synchronizedList返回的线程安全的List内部使用的锁是哪个对象，所以你得看看Collections.synchronizedList这个方法的源码了。该方法源码如下：

public static <T> List<T> synchronizedList(List<T> list) {  
    return (list instanceof RandomAccess ?  
                new SynchronizedRandomAccessList<T>(list) :  
                new SynchronizedList<T>(list));  
    }  

 通过源码，我们还需要知道ArrayList是否实现了RandomAccess接口：

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable  

  查看ArrayList的源码，可以看到它实现了RandomAccess，所以上面的synchronizedList放回的应该是SynchronizedRandomAccessList的实例。接下来看看SynchronizedRandomAccessList这个类的实现：

static class SynchronizedRandomAccessList<E>  extends SynchronizedList<E>  implements RandomAccess {  
        SynchronizedRandomAccessList(List<E> list) {  
            super(list);  
        }  
    SynchronizedRandomAccessList(List<E> list, Object mutex) {  
            super(list, mutex);  
        }  
    public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) {  
        synchronized(mutex) {  
                return new SynchronizedRandomAccessList<E>(  
                    list.subList(fromIndex, toIndex), mutex);  
            }  
        }  
        static final long serialVersionUID = 1530674583602358482L;  
        private Object writeReplace() {  
            return new SynchronizedList<E>(list);  
        }  
    }  
 因为SynchronizedRandomAccessList这个类继承自SynchronizedList，而大部分方法都在SynchronizedList中实现了，所以源码中只包含了很少的方法，但是通过subList方法，我们可以看到这里使用的锁对象为mutex对象，而mutex是在SynchronizedCollection类中定义的，所以再看看SynchronizedCollection这个类中关于mutex的定义部分源码：
Java代码  收藏代码

static class SynchronizedCollection<E> implements Collection<E>, Serializable {  
    private static final long serialVersionUID = 3053995032091335093L;  
    final Collection<E> c;  // Backing Collection  
    final Object mutex;     // Object on which to synchronize  

    SynchronizedCollection(Collection<E> c) {  
            if (c==null)  
                throw new NullPointerException();  
        this.c = c;  
            mutex = this;  
        }  

    SynchronizedCollection(Collection<E> c, Object mutex) {  
        this.c = c;  
            this.mutex = mutex;  
        }  
}  
  可以看到mutex就是当前的SynchronizedCollection对象，而SynchronizedRandomAccessList继承自SynchronizedList，SynchronizedList又继承自SynchronizedCollection，所以SynchronizedRandomAccessList中的mutex也就是SynchronizedRandomAccessList的this对象。所以在GoodListHelper中使用的锁list对象，和SynchronizedRandomAccessList内部的锁是一致的，所以它可以实现线程安全性。

class BadListHelper <E> {  
    public List<E> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<E>());  

    public synchronized boolean putIfAbsent(E x) {  
        boolean absent = !list.contains(x);  
        if (absent)  
            list.add(x);  
        return absent;  
    }  
}  

putIfAbsent方法和List并不是使用的同一个锁对象，List使用的锁对象并不是BadListHelper，而是list。假如A线程进入putIfAbsent方法，list这个锁并没有被获取（A线程获取的是 BadListHelper这个对象），所以其他线程还能够获得list锁对象来改变list对象。boolean absent = !list.contains(x);当线程到这串代码结束时，其他线程获得list锁对象，从而就能调用list的方法来改变list对象，这时候就可能导致!list.contains(x)改变，即域absent并不是A线程得到的布尔类型。所以这个类并不是线程安全的。

获得变量的锁就可以改变变量，没有获得变量锁的就不能改变，获得方法的锁就可以执行方法里面的语句。