ConcurrentHashMap、synchronized与线程安全

虽然方法都是同步的，但是组合以后就不一定是同步的了

// shm是SynchronizedMap的一个实例
if(shm.containsKey('key')){
        shm.remove(key);
}
shm.containsKey('key')和
shm.remove(key);都是同步原子操作，但是组合以后不是
currentHashmap

原文地址

最近做的项目中遇到一个问题：明明用了ConcurrentHashMap，可是始终线程不安全

除去项目中的业务逻辑，简化后的代码如下：

[java] view plain
  1. public class Test40 {  
  2.   
  3.     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {  
  4.         for (int i = 0; i < 10; i++) {  
  5.             System.out.println(test());  
  6.         }  
  7.     }  
  8.       
  9.     private static int test() throws InterruptedException {  
  10.         ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<String, Integer>();  
  11.         ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();  
  12.         for (int i = 0; i < 8; i++) {  
  13.             pool.execute(new MyTask(map));  
  14.         }  
  15.         pool.shutdown();  
  16.         pool.awaitTermination(1, TimeUnit.DAYS);  
  17.           
  18.         return map.get(MyTask.KEY);  
  19.     }  
  20. }  
  21.   
  22. class MyTask implements Runnable {  
  23.       
  24.     public static final String KEY = "key";  
  25.       
  26.     private ConcurrentHashMap<String, Integer> map;  
  27.       
  28.     public MyTask(ConcurrentHashMap<String, Integer> map) {  
  29.         this.map = map;  
  30.     }  
  31.   
  32.     @Override  
  33.     public void run() {  
  34.         for (int i = 0; i < 100; i++) {  
  35.             this.addup();  
  36.         }  
  37.     }  
  38.       
  39.     private void addup() {  
  40.         if (!map.containsKey(KEY)) {  
  41.             map.put(KEY, 1);  
  42.         } else {  
  43.             map.put(KEY, map.get(KEY) + 1);  
  44.         }      
  45.     }  
  46. }  

测试代码跑了10次，每次都不是800。这就很让人疑惑了，难道ConcurrentHashMap的线程安全性失效了？

查了一些资料后发现，原来ConcurrentHashMap的线程安全指的是，它的每个方法单独调用（即原子操作）都是线程安全的，但是代码总体的互斥性并不受控制。以上面的代码为例，最后一行中的：

[java] view plain
  1. map.put(KEY, map.get(KEY) + 1);  

实际上并不是原子操作，它包含了三步：

  1. map.get
  2. 加1
  3. map.put

其中第1和第3步，单独来说都是线程安全的，由ConcurrentHashMap保证。但是由于在上面的代码中，map本身是一个共享变量。当线程A执行map.get的时候，其它线程可能正在执行map.put，这样一来当线程A执行到map.put的时候，线程A的值就已经是脏数据了，然后脏数据覆盖了真值，导致线程不安全

简单地说，ConcurrentHashMap的get方法获取到的是此时的真值，但它并不保证当你调用put方法的时候，当时获取到的值仍然是真值

为了使上面的代码变得线程安全，我引入了synchronized关键字来修饰目标方法，如下：

[java] view plain
  1. public class Test40 {  
  2.   
  3.     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {  
  4.         for (int i = 0; i < 10; i++) {  
  5.             System.out.println(test());  
  6.         }  
  7.     }  
  8.       
  9.     private static int test() throws InterruptedException {  
  10.         ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<String, Integer>();  
  11.         ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();  
  12.         for (int i = 0; i < 8; i++) {  
  13.             pool.execute(new MyTask(map));  
  14.         }  
  15.         pool.shutdown();  
  16.         pool.awaitTermination(1, TimeUnit.DAYS);  
  17.           
  18.         return map.get(MyTask.KEY);  
  19.     }  
  20. }  
  21.   
  22. class MyTask implements Runnable {  
  23.       
  24.     public static final String KEY = "key";  
  25.       
  26.     private ConcurrentHashMap<String, Integer> map;  
  27.       
  28.     public MyTask(ConcurrentHashMap<String, Integer> map) {  
  29.         this.map = map;  
  30.     }  
  31.   
  32.     @Override  
  33.     public void run() {  
  34.         for (int i = 0; i < 100; i++) {  
  35.             this.addup();  
  36.         }  
  37.     }  
  38.       
  39.     private synchronized void addup() { // 用关键字synchronized修饰addup方法  
  40.         if (!map.containsKey(KEY)) {  
  41.             map.put(KEY, 1);  
  42.         } else {  
  43.             map.put(KEY, map.get(KEY) + 1);  
  44.         }  
  45.     }  
  46.       
  47. }  

运行之后仍然是线程不安全的，难道synchronized也失效了？

查阅了synchronized的资料后，原来，不管synchronized是用来修饰方法，还是修饰代码块，其本质都是锁定某一个对象。修饰方法时，锁上的是调用这个方法的对象，即this；修饰代码块时，锁上的是括号里的那个对象

在上面的代码中，很明显就是锁定的MyTask对象本身。但是由于在每一个线程中，MyTask对象都是独立的，这就导致实际上每个线程都对自己的MyTask进行锁定，而并不会干涉其它线程的MyTask对象。换言之，上锁压根没有意义

理解到这点之后，对上面的代码又做了一次修改：

[java] view plain
  1. public class Test40 {  
  2.   
  3.     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {  
  4.         for (int i = 0; i < 10; i++) {  
  5.             System.out.println(test());  
  6.         }  
  7.     }  
  8.       
  9.     private static int test() throws InterruptedException {  
  10.         ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<String, Integer>();  
  11.         ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();  
  12.         for (int i = 0; i < 8; i++) {  
  13.             pool.execute(new MyTask(map));  
  14.         }  
  15.         pool.shutdown();  
  16.         pool.awaitTermination(1, TimeUnit.DAYS);  
  17.           
  18.         return map.get(MyTask.KEY);  
  19.     }  
  20. }  
  21.   
  22. class MyTask implements Runnable {  
  23.       
  24.     public static final String KEY = "key";  
  25.       
  26.     private ConcurrentHashMap<String, Integer> map;  
  27.       
  28.     public MyTask(ConcurrentHashMap<String, Integer> map) {  
  29.         this.map = map;  
  30.     }  
  31.   
  32.     @Override  
  33.     public void run() {  
  34.         for (int i = 0; i < 100; i++) {  
  35.             synchronized (map) { // 对共享对象map上锁  
  36.                 this.addup();  
  37.             }  
  38.         }  
  39.     }  
  40.       
  41.     private void addup() {  
  42.         if (!map.containsKey(KEY)) {  
  43.             map.put(KEY, 1);  
  44.         } else {  
  45.             map.put(KEY, map.get(KEY) + 1);  
  46.         }  
  47.     }  
  48.       
  49. }  

此时在调用addup时直接锁定map，由于map是被所有线程共享的，因而达到了让所有线程互斥的目的，线程安全达成。

修改后，ConcurrentHashMap的作用就不大了，可以直接将代码中的map换成普通的HashMap，以减少由ConcurrentHashMap带来的锁开销

最后特别补充的是，synchronized关键字判断对象是否是它属于锁定的对象，本质上是通过 == 运算符来判断的。换句话说，上面的代码中，可以采用任何一个常量，或者每个线程都共享的变量，或者MyTask类的静态变量，来代替map。只要该变量与synchronized锁定的目标变量相同（==），就可以使synchronized生效

综上，代码最终可以修改为：

[java] view plain
  1. public class Test40 {  
  2.   
  3.     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {  
  4.         for (int i = 0; i < 100; i++) {  
  5.             System.out.println(test());  
  6.         }  
  7.     }  
  8.       
  9.     private static int test() throws InterruptedException {  
  10.         Map<String, Integer> map = new HashMap<String, Integer>();  
  11.         ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();  
  12.         for (int i = 0; i < 8; i++) {  
  13.             pool.execute(new MyTask(map));  
  14.         }  
  15.         pool.shutdown();  
  16.         pool.awaitTermination(1, TimeUnit.DAYS);  
  17.           
  18.         return map.get(MyTask.KEY);  
  19.     }  
  20. }  
  21.   
  22. class MyTask implements Runnable {  
  23.       
  24.     public static Object lock = new Object();  
  25.       
  26.     public static final String KEY = "key";  
  27.       
  28.     private Map<String, Integer> map;  
  29.       
  30.     public MyTask(Map<String, Integer> map) {  
  31.         this.map = map;  
  32.     }  
  33.   
  34.     @Override  
  35.     public void run() {  
  36.         for (int i = 0; i < 100; i++) {  
  37.             synchronized (lock) {  
  38.                 this.addup();  
  39.             }  
  40.         }  
  41.     }  
  42.       
  43.     private void addup() {  
  44.         if (!map.containsKey(KEY)) {  
  45.             map.put(KEY, 1);  
  46.         } else {  
  47.             map.put(KEY, map.get(KEY) + 1);  
  48.         }  
  49.     }  
  50.       
  51. }

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