JUC并发编程——集合类不安全及Callable（基于狂神说的学习笔记）

集合类不安全

List不安全

package unsafe;

import PC.A;

import java.util.*;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

// ArrayList线程不安全，在多线程下使用ArrayList会报错：
// java.util.ConcurrentModificationException 并发修改异常
public class ListTest {

    public static void main(String[] args) {
        // 并发下ArrayList 不安全
        /**
         * 解决方案：
         * 1、List<String> list= new Vector<>();
         * 实际上，Vector在jdk1.0就已经出来了，ArrayList在jdk1.2才出来
         * Vector实际上就是在add时将方法synchronized锁起来了
         * 2、List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());// 通过工具类将其转换乘synchronized保证线程安全
         * 3、List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
         */
        //List<String> list = new ArrayList<>();
        //List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
        List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
        // CopyOnWrite 写入时复制 COW 计算机程序设计领域的一种优化策略
        // 多个线程调用的时候 list，读取的时候，固定的，写入的时候可能会覆盖
        // 在写入的时候避免覆盖，造成数据问题
        // CopyOnWriteArrayList比Vector的优势在于，copyOnWriteArrayList在并发下效率要比vector更高，因为CopyOnWriteArrayList使用的是写时复制策略，而非使用synchronized锁
        for (int i = 1; i <= 10; i++) {
            new Thread(()->{
                list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));
                System.out.println(list);
            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

CopyOnWriteArrayList与vector对比，以下来自CSDN智能助手的回答：

Java中的CopyOnWriteArrayList和Vector都是线程安全的动态数组，可以在多线程环境下使用。

CopyOnWriteArrayList使用了一种特殊的写时复制机制，它在对数组进行修改时，会创建一个新的副本，而不是直接在原数组上进行修改。这样可以确保在多线程并发修改时不会发生问题。然而，由于每次修改都需要创建一个新的副本，所以在写入操作频繁的情况下，CopyOnWriteArrayList的性能可能会比较低。

Vector是一个同步的动态数组，它使用了synchronized关键字来保证多线程安全。当多个线程同时修改Vector时，每个线程会依次获得锁，并按顺序执行相应的修改操作。虽然Vector具有线程安全性，但在高并发情况下，由于需要频繁的获取锁和释放锁，可能会导致性能下降。

因此，如果在多线程环境下需要频繁进行读操作，而写操作较少的情况下，CopyOnWriteArrayList可能会更适合。而如果需要频繁进行写操作或者对线程安全性要求不是非常高，可以考虑使用Vector。

而后笔者在IDEA中翻阅关于CopyOnWriteArralyList的add()方法源码发现，它还是使用synchronized关键字，源码如下：

/**
 * 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) {
    synchronized (lock) {
        Object[] es = getArray();
        int len = es.length;
        es = Arrays.copyOf(es, len + 1);
        es[len] = e;
        setArray(es);
        return true;
    }
}

然后笔者去查了文心一言的回答，得到的答案依然是CopyOnWriteArralyList没有使用synchronized锁，回答如下：

CopyOnWriteArrayList的add()方法不是使用synchronized关键字来实现的。实际上，CopyOnWriteArrayList的add()方法内部使用的是一种称为"写时复制"（Copy-on-Write）的技术。

在写时复制策略中，数据结构被修改时，修改操作会在一个新的副本上进行，而不是直接在原始数据上进行。这样，读取操作可以在原始数据上进行，而不需要等待写入操作完成。写入操作完成后，原始数据会被丢弃，新的副本会成为新的原始数据。

在CopyOnWriteArrayList中，当调用add()方法时，它会创建一个新的数组副本，将新元素添加到该副本中，然后将原始数组引用指向新数组。由于创建新数组和修改操作是在一个单独的写锁上进行的，因此多个线程可以同时读取原始数组，而不会看到正在进行的写入操作。

因此，CopyOnWriteArrayList的add()方法并没有使用synchronized关键字来实现线程安全。而是使用写时复制技术和读写锁来实现更细粒度的并发控制。

因此，copyWriteArrayList在并发下是否效率更高有待商榷

Set不安全

package unsafe;

import java.util.Collections;
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
import java.util.UUID;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArraySet;

public class SetTest {

    public static void main(String[] args) {

       // Set<String> set = new HashSet<>(); // 线程不安全
       // Set<String> set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());// 通过工具类将其转换成synchronized保证线程安全
        Set<String> set = new CopyOnWriteArraySet<>();// 通过读写复制策略保证线程安全

        for (int i = 1; i <= 20; i++) {
            new Thread(()->{
                set.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));
                System.out.println(set);
            },String.valueOf(i)).start();

        }
    }
}

hashSet的底层是什么？

HashSet本质上就是HashMap，源码：

/**
 * Constructs a new, empty set; the backing {@code HashMap} instance has
 * default initial capacity (16) and load factor (0.75).
 */
public HashSet() {
    map = new HashMap<>();
}

// add() set本质就是map key是无法重复的
    /**
     * Adds the specified element to this set if it is not already present.
     * More formally, adds the specified element {@code e} to this set if
     * this set contains no element {@code e2} such that
     * {@code Objects.equals(e, e2)}.
     * If this set already contains the element, the call leaves the set
     * unchanged and returns {@code false}.
     *
     * @param e element to be added to this set
     * @return {@code true} if this set did not already contain the specified
     * element
     */
    public boolean add(E e) {
        return map.put(e, PRESENT)==null;
    }
// PRESENT 是一个常量
    // Dummy value to associate with an Object in the backing Map
    private static final Object PRESENT = new Object();

HashMap不安全

ConcurrentHashMap<>()

package unsafe;

import java.util.*;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
import java.util.concurrent.ConcurrentMap;

public class MapTest {

    public static void main(String[] args) {
        // 线程不安全
        // map 是下面这条语句这样用的码？----> 不是，工作中不用HashMap
        // 默认等价于什么？ -----> Map<String, String> map = new HashMap<>(16,0.75);
        // Map<String, String> map = new HashMap<>();

        // 线程安全
        Map<String,String> map = new ConcurrentHashMap<>();
        for (int i = 1; i <= 30; i++) {
            new Thread(()->{
                map.put(Thread.currentThread().getName(), UUID.randomUUID().toString().substring(0,5));
                System.out.println(map);
            },String.valueOf(i)).start();
        }

    }
}

Callable

特点

1、可以有返回值

2、可以抛出异常

3、方法不同，run() / call()

package callable;

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;

public class CallableTest {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        // new Thread(new Runnable()).start();
        // 等价于 new Thread(new FutureTask<V>()).start();
        // new Thread(new FutureTask<V>(Callable)).start();--->FutureTask<V>的构造器为Callable
        new Thread().start();// 怎么启动callable
        MyThread thread = new MyThread();
        FutureTask futureTask = new FutureTask(thread);// 适配类
        new Thread(futureTask,"A").start();
        new Thread(futureTask,"B").start();// 结果会被缓存，提高效率
        // 这个get方法可能会产生阻塞，加入call()是一个耗时操作，则get需要等待返回值
        // 一般将get放在最后，或者使用异步通信来处理
        Integer o = (Integer) futureTask.get();// 获取Callable的返回结果
        System.out.println(o);

    }
}

class MyThread implements Callable<Integer> {


    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        System.out.println("call()");
        return 1024;
    }
}

细节：

1、 有缓存

2、结果可能需要等待，会阻塞