如何使此代码线程安全

Question

以下代码中的testMethod()在运行时由很多线程访问。它接受＆＃39; firstName＆＃39;并立即返回＆＃39; lastName＆＃39;如果在地图中找到该条目。如果没有，它会在API中查找姓氏，更新地图并返回相同的名称。现在这个方法确实在相同的地图数据结构中放置和获取操作，我认为这不是“线程安全的”。我现在很困惑是否要使功能同步＆＃39;或使用ConcurrentHashMap而不是HashMap

public class Sample {

    Map<String, String> firstNameToLastName = new HashMap<>();

    public String testMethod(String firstName) {
        String lastName = firstNameToLastName.get(firstName);

        if (lastName!= null)
            return lastName;

        String generateLastName = SomeAPI.generateLastName(firstName);

        firstNameToLastName.put(firstName, generateLastName);

        return generateLastName;
    }
}

Answer 1

您的代码不是线程安全的。这导致了以下问题，其中存在令人讨厌的缺点，即大部分时间它都能正常工作：

1. 一个线程的更新可能永远不会显示给其他线程。
2. 两个线程可能会检查名字，找不到任何内容，并且都添加了lastname（在更改显示给彼此之前）。
3. Theads可能会看到“不完整”的对象。

使用synchronized

进行基本修复

一个非常基本的修复是允许同时只允许一个线程使用synchronized关键字访问函数的并发部分（这可以添加到函数定义中，但是你应该使用私有对象来同步）。

public class Sample {

    Map<String, String> firstNameToLastName = new HashMap<>();
    private final Object nameMapLock = new Object();

    public String testMethod(String firstName) {
        synchronized(nameMapLock){
            String lastName = firstNameToLastName.get(firstName);

            if (lastName!= null)
                return lastName;

            String generateLastName = SomeAPI.generateLastName(firstName);

            firstNameToLastName.put(firstName, generateLastName);

            return generateLastName;
        }
    }
}

如果多个线程同时尝试访问数据，则必须等到另一个线程完成。您还必须确保在锁定中不引入死锁。

在私人Object

上进行同步

在回复评论时，我将添加一些解释，说明为什么要在私有对象上进行同步，而不是在完整方法上（通过向方法定义添加synchronized）或在地图上进行同步。 / p>

使用私有对象的原因是，您可以100％确定没有其他类也使用您的对象（读取锁定）进行同步。

当您在方法上使用synchronized关键字时，您实际上在this（当前对象）上进行同步，这意味着使用您的班级的任何人也可以这样做。在地图上同步时，地图本身也可能同步该对象，或者您将地图传递给的其他类。

请注意，在一些非常罕见的情况下，您确实希望其他人能够使用相同的锁，但这意味着您需要执行大量额外的文档操作，并冒着其他人滥用锁定的风险。

我在上面的例子中展示的方式是大多数人这样做的方式。然而，还有很多其他方法可以做到这一点。

使用ConcurrentHashMap

修复

使用ConcurrentHashMap将解决问题1和3（如上编号）。但你还是要对第二点采取特别措施。从Java 8开始，您可以使用ConcurrentHashMap.computeIfAbsent()优雅地安静地完成此任务。这将如下工作：

public class Sample {

    ConcurrentHashMap<String, String> firstNameToLastName = new ConcurrentHashMap<>();

    public String testMethod(String firstName) {
        return firstNameToLastName.computeIfAbsent(firstName, 
                    name -> SomeAPI.generateLastName(name));

        }
    }
}

如您所见，这可以使实现非常优雅。但是，如果您在地图上有更多（和更复杂的）操作，则可能会遇到麻烦。

Answer 2

您可以使用ReentrantReadWriteLock，这样您就可以阅读多个线程。

public class Sample {

final ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
Map<String, String> firstNameToLastName = new HashMap<>();

public String testMethod(String firstName) {
    rwl.readLock().lock();
    String lastName = firstNameToLastName.get(firstName);
    rwl.readLock().unlock();

    if (lastName!= null)
        return lastName;

    lastName = SomeAPI.generateLastName(firstName);

    // Must release read lock before acquiring write lock, it is already released
    rwl.writeLock().lock();
    //now another thread could already put a last name, so we need to check again
    lastName = firstNameToLastName.get(firstName);
    if (lastName== null)
        firstNameToLastName.put(firstName, lastName);

    rwl.writeLock().unlock();
    return lastName;
}

}

Answer 3

IMO您只需要同步尝试访问共享资源（例如集合）的代码部分。

在你的代码中除了你正在调用的api（我们不知道任何事情）之外，唯一的共享资源是你的姓氏映射的第一个名字，所以如果你把它作为并​​发集合（Concurrent hashMap），你的数据在你的地图中会很好（在两个线程进入“ testMethod ”的情况下，并且无法在地图和竞争条件中找到名称，其中一个成功首先调用put方法并添加姓氏到map，然后其他线程调用put方法使用相同的键/值，但最终你的地图有正确的值）。

但是在你的代码中， testMethod 的整体操作是意外的，例如在一个线程中可能找不到密钥并调用api来生成姓氏，而另一个线程正在使用同样的关键。