第一文詳解Java線程中的安全策略目錄一、不可變對(duì)象二、線程封閉三、線程不安全類與寫法四、線程安全-同步容器1.ArrayList-Vector,Stack2.HashMap-HashTable(Key,Value都不能為null)3.Collections.synchronizedXXX(List、Set、Map)五、線程安全-并發(fā)容器J.U.C1.ArrayList-CopyOnWriteArrayList2.HashSet、TreeSet-CopyOnWriteArraySet、ConcurrentSkipListSet3.HashMap、TreeMap-ConcurrentHashMap、ConcurrentSkipListMap4.ConcurrentSkipListMap與ConcurrentHashMap對(duì)比如下六、安全共享對(duì)象的策略-總結(jié)

一、不可變對(duì)象

不可變對(duì)象需要滿足的條件

（1）對(duì)象創(chuàng)建以后其狀態(tài)就不能修改

（2）對(duì)象所有域都是final類型

（3）對(duì)象是正確創(chuàng)建的（在對(duì)象創(chuàng)建期間，this引用沒(méi)有溢出）

對(duì)于不可變對(duì)象，可以參見JDK中的String類

final關(guān)鍵字：類、方法、變量

（1）修飾類：該類不能被繼承，String類，基礎(chǔ)類型的包裝類（比如Integer、Long等）都是final類型。final類中的成員變量可以根據(jù)需要設(shè)置為final類型，但是final類中的所有成員方法，都會(huì)被隱式的指定為final方法。

（2）修飾方法：鎖定方法不被繼承類修改；效率。注意：一個(gè)類的private方法會(huì)被隱式的指定為final方法

（3）修飾變量：基本數(shù)據(jù)類型變量（數(shù)值被初始化后不能再修改）、引用類型變量（初始化之后則不能再指向其他的對(duì)象）

在JDK中提供了一個(gè)Collections類，這個(gè)類中提供了很多以u(píng)nmodifiable開頭的方法，如下：

Collections.unmodifiableXXX:Collection、List、Set、Map

其中Collections.unmodifiableXXX方法中的XXX可以是Collection、List、Set、Map

此時(shí)，將我們自己創(chuàng)建的Collection、List、Set、Map，傳遞到Collections.unmodifiableXXX方法中，就變?yōu)椴豢勺兊牧?。此時(shí)，如果修改Collection、List、Set、Map中的元素就會(huì)拋出java.lang.UnsupportedOperationException異常。

在Google的Guava中，包含了很多以Immutable開頭的類，如下：

ImmutableXXX,XXX可以是Collection、List、Set、Map

注意：使用Google的Guava，需要在Maven中添加如下依賴包：

dependency

groupIdcom.google.guava/groupId

artifactIdguava/artifactId

version23.0/version

/dependency

二、線程封閉

（1）Ad-hoc線程封閉：程序控制實(shí)現(xiàn)，最糟糕，忽略

（2）堆棧封閉：局部變量，無(wú)并發(fā)問(wèn)題

（3）ThreadLocal線程封閉：特別好的封閉方法

三、線程不安全類與寫法

1.StringBuilder-StringBuffer

StringBuilder:線程不安全；

StringBuffer：線程不安全；

字符串拼接涉及到多線程操作時(shí)，使用StringBuffer實(shí)現(xiàn)

在一個(gè)具體的方法中，定義一個(gè)字符串拼接對(duì)象，此時(shí)可以使用StringBuilder實(shí)現(xiàn)。因?yàn)樵谝粋€(gè)方法內(nèi)部定義局部變量進(jìn)行使用時(shí)，屬于堆棧封閉，只有一個(gè)線程會(huì)使用變量，不涉及多線程對(duì)變量的操作，使用StringBuilder即可。

2.SimpleDateFormat-JodaTime

SimpleDateFormat:線程不安全，可以將其對(duì)象的實(shí)例化放入到具體的時(shí)間格式化方法中，實(shí)現(xiàn)線程安全

JodaTime：線程安全

SimpleDateFormat線程不安全的代碼示例如下：

packagemonunsafe;

importlombok.extern.slf4j.Slf4j;

importjava.text.ParseException;

importjava.text.SimpleDateFormat;

importjava.util.concurrent.CountDownLatch;

importjava.util.concurrent.ExecutorService;

importjava.util.concurrent.Executors;

importjava.util.concurrent.Semaphore;

@Slf4j

publicclassDateFormatExample{

privatestaticSimpleDateFormatsimpleDateFormat=newSimpleDateFormat("yyyyMMdd");

//請(qǐng)求總數(shù)

publicstaticintclientTotal=5000;

//同時(shí)并發(fā)執(zhí)行的線程數(shù)

publicstaticintthreadTotal=200;

publicstaticvoidmain(String[]args)throwsInterruptedException{

ExecutorServiceexecutorService=Executors.newCachedThreadPool();

finalSemaphoresemaphore=newSemaphore(threadTotal);

finalCountDownLatchcountDownLatch=newCountDownLatch(clientTotal);

for(inti=0;iclientTotal;i++){

executorService.execute(()-{

try{

semaphore.acquire();

update();

semaphore.release();

}catch(Exceptione){

log.error("exception",e);

countDownLatch.countDown();

countDownLatch.await();

executorService.shutdown();

publicstaticvoidupdate(){

try{

simpleDateFormat.parse("20251024");

}catch(ParseExceptione){

log.error("parseexception",e);

}

修改成如下代碼即可。

packagemonunsafe;

importlombok.extern.slf4j.Slf4j;

importjava.text.ParseException;

importjava.text.SimpleDateFormat;

importjava.util.concurrent.CountDownLatch;

importjava.util.concurrent.ExecutorService;

importjava.util.concurrent.Executors;

importjava.util.concurrent.Semaphore;

@Slf4j

publicclassDateFormatExample2{

//請(qǐng)求總數(shù)

publicstaticintclientTotal=5000;

//同時(shí)并發(fā)執(zhí)行的線程數(shù)

publicstaticintthreadTotal=200;

publicstaticvoidmain(String[]args)throwsInterruptedException{

ExecutorServiceexecutorService=Executors.newCachedThreadPool();

finalSemaphoresemaphore=newSemaphore(threadTotal);

finalCountDownLatchcountDownLatch=newCountDownLatch(clientTotal);

for(inti=0;iclientTotal;i++){

executorService.execute(()-{

try{

semaphore.acquire();

update();

semaphore.release();

}catch(Exceptione){

log.error("exception",e);

countDownLatch.countDown();

countDownLatch.await();

executorService.shutdown();

publicstaticvoidupdate(){

try{

SimpleDateFormatsimpleDateFormat=newSimpleDateFormat("yyyyMMdd");

simpleDateFormat.parse("20251024");

}catch(ParseExceptione){

log.error("parseexception",e);

}

對(duì)于JodaTime需要在Maven中添加如下依賴包：

dependency

groupIdjoda-time/groupId

artifactIdjoda-time/artifactId

version2.9/version

/dependency

示例代碼如下：

packagemonunsafe;

importlombok.extern.slf4j.Slf4j;

importorg.joda.time.DateTime;

importorg.joda.time.format.DateTimeFormat;

importorg.joda.time.format.DateTimeFormatter;

importjava.text.ParseException;

importjava.text.SimpleDateFormat;

importjava.util.concurrent.CountDownLatch;

importjava.util.concurrent.ExecutorService;

importjava.util.concurrent.Executors;

importjava.util.concurrent.Semaphore;

@Slf4j

publicclassDateFormatExample3{

//請(qǐng)求總數(shù)

publicstaticintclientTotal=5000;

//同時(shí)并發(fā)執(zhí)行的線程數(shù)

publicstaticintthreadTotal=200;

privatestaticDateTimeFormatterdateTimeFormatter=DateTimeFormat.forPattern("yyyyMMdd");

publicstaticvoidmain(String[]args)throwsInterruptedException{

ExecutorServiceexecutorService=Executors.newCachedThreadPool();

finalSemaphoresemaphore=newSemaphore(threadTotal);

finalCountDownLatchcountDownLatch=newCountDownLatch(clientTotal);

for(inti=0;iclientTotal;i++){

finalintcount=i;

executorService.execute(()-{

try{

semaphore.acquire();

update(count);

semaphore.release();

}catch(Exceptione){

log.error("exception",e);

countDownLatch.countDown();

countDownLatch.await();

executorService.shutdown();

publicstaticvoidupdate(inti){

("{}-{}",i,DateTime.parse("20251024",dateTimeFormatter));

}

3.ArrayList、HashSet、HashMap等Collections集合類為線程不安全類

4.先檢查再執(zhí)行：if(condition(a)){handle(a);}

注意：這種寫法是線程不安全的?。。。?！

兩個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行這種操作，同時(shí)對(duì)if條件進(jìn)行判斷，并且a變量是線程共享的，如果兩個(gè)線程均滿足if條件，則兩個(gè)線程會(huì)同時(shí)執(zhí)行handle(a)語(yǔ)句，此時(shí)，handle(a)語(yǔ)句就可能不是線程安全的。

不安全的點(diǎn)在于兩個(gè)操作中，即使前面的執(zhí)行過(guò)程是線程安全的，后面的過(guò)程也是線程安全的，但是前后執(zhí)行過(guò)程的間隙不是原子性的，因此，也會(huì)引發(fā)線程不安全的問(wèn)題。

實(shí)際過(guò)程中，遇到if(condition(a)){handle(a);}類的處理時(shí)，考慮a是否是線程共享的，如果是線程共享的，則需要在整個(gè)執(zhí)行方法上加鎖，或者保證if(condition(a)){handle(a);}的前后兩個(gè)操作（if判斷和代碼執(zhí)行）是原子性的。

四、線程安全-同步容器

1.ArrayList-Vector,Stack

ArrayList:線程不安全；

Vector:同步操作，但是可能會(huì)出現(xiàn)線程不安全的情況，線程不安全的代碼示例如下：

publicclassVectorExample{

privatestaticVectorIntegervector=newVector();

publicstaticvoidmain(String[]args)throwsInterruptedException{

while(true){

for(inti=0;ii++){

vector.add(i);

Threadthread1=newThread(newRunnable(){

@Override

publicvoidrun(){

for(inti=0;ivector.size();i++){

vector.remove(i);

Threadthread2=newThread(newRunnable(){

@Override

publicvoidrun(){

for(inti=0;ivector.size();i++){

vector.get(i);

thread1.start();

thread2.start();

}

Stack：繼承自Vector，先進(jìn)后出。

2.HashMap-HashTable(Key,Value都不能為null)

HashMap：線程不安全；

HashTable：線程安全，注意使用HashTable時(shí)，Key,Value都不能為null；

3.Collections.synchronizedXXX(List、Set、Map)

注意：在遍歷集合的時(shí)候，不要對(duì)集合進(jìn)行更新操作。當(dāng)需要對(duì)集合中的元素進(jìn)行刪除操作時(shí)，可以遍歷集合，先對(duì)需要?jiǎng)h除的元素進(jìn)行標(biāo)記，集合遍歷結(jié)束后，再進(jìn)行刪除操作。例如，下面的示例代碼：

publicclassVectorExample3{

//此方法拋出：java.util.ConcurrentModificationException

privatestaticvoidtest1(VectorIntegerv1){

for(Integeri:v1){

if(i==3){

v1.remove(i);

//此方法拋出：java.util.ConcurrentModificationException

privatestaticvoidtest2(VectorIntegerv1){

IteratorIntegeriterator=v1.iterator();

while(iterator.hasNext()){

Integeri=iterator.next();

if(i==3){

v1.remove(i);

//正常

privatestaticvoidtest3(VectorIntegerv1){

for(inti=0;iv1.size();i++){

if(i==3){

v1.remove(i);

publicstaticvoidmain(String[]args)throwsInterruptedException{

VectorIntegervector=newVector();

vector.add(1);

vector.add(2);

vector.add(3);

//test1(vector);

//test2(vector);

test3(vector);

}

五、線程安全-并發(fā)容器J.U.C

J.U.C表示的是java.util.concurrent報(bào)名的縮寫。

1.ArrayList-CopyOnWriteArrayList

ArrayList:線程不安全；

CopyOnWriteArrayList:線程安全；

寫操作時(shí)復(fù)制，當(dāng)有新元素添加到CopyOnWriteArrayList數(shù)組時(shí)，先從原有的數(shù)組中拷貝一份出來(lái)，然后在新的數(shù)組中進(jìn)行寫操作，寫完之后再將原來(lái)的數(shù)組指向到新的數(shù)組。整個(gè)操作都是在鎖的保護(hù)下進(jìn)行的。

CopyOnWriteArrayList缺點(diǎn)：

（1）每次寫操作都需要復(fù)制一份，消耗內(nèi)存，如果元素特別多，可能導(dǎo)致GC；

（2）不能用于實(shí)時(shí)讀的場(chǎng)景，適合讀多寫少的場(chǎng)景；

CopyOnWriteArrayList設(shè)計(jì)思想：

（1）讀寫分離

（2）最終一致性

（3）使用時(shí)另外開辟空間，解決并發(fā)沖突

注意：CopyOnWriteArrayList讀操作時(shí)，都是在原數(shù)組上進(jìn)行的，不需要加鎖，寫操作時(shí)復(fù)制，當(dāng)有新元素添加到CopyOnWriteArrayList數(shù)組時(shí)，先從原有的集合中拷貝一份出來(lái)，然后在新的數(shù)組中進(jìn)行寫操作，寫完之后再將原來(lái)的數(shù)組指向到新的數(shù)組。整個(gè)操作都是在鎖的保護(hù)下進(jìn)行的。

2.HashSet、TreeSet-CopyOnWriteArraySet、ConcurrentSkipListSet

CopyOnWriteArraySet:線程安全的，底層實(shí)現(xiàn)使用了CopyOnWriteArrayList。

ConcurrentSkipListSet：JDK6新增的類，支持排序?？梢栽跇?gòu)造時(shí)，自定義比較器，基于Map集合。在多線程環(huán)境下，ConcurrentSkipListSet中的contains()方法、add()、remove()、retain()等操作，都是線程安全的。但是，批量操作，比如：containsAll()、addAll()、removeAll()、retainAll()等操作，并不保證整體一定是原子操作，只能保證批量操作中的每次操作是原子性的，因?yàn)榕坎僮髦惺且匝h(huán)的形式調(diào)用的單步操作，比如removeAll()操作下以循環(huán)的方式調(diào)用remove()操作。如下代碼所示：

//ConcurrentSkipListSet類型中的removeAll()方法的源碼

publicbooleanremoveAll(Collectionc){

//OverrideAbstractSetversiontoavoidunnece