如何使此代碼線程安全

Question

以下代碼中的testMethod()在運行時由很多線程訪問。 如果在地圖中找到該條目，它接受'firstName'並立即返回'lastName'。 如果沒有，它會在API中查找姓氏，更新地圖並返回相同的名稱。 現在這個方法確實在相同的地圖數據結構中放置和獲取操作，我認為這不是“線程安全的”。 我現在很困惑是使函數'同步'還是使用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

您的代碼不是線程安全的，這是正確的。 這導致了以下問題，其中存在令人討厭的缺點，大部分時間它都可以正常工作：

1. 來自一個線程的更新可能永遠不會顯示給其他線程。
2. 兩個線程可能會檢查名字，找不到任何內容，並且都添加了lastname（在更改之前顯示相應名稱）。
3. Theads可能會看到“不完整”的對象。

使用synchronized基本修復

一個非常基本的修復是允許同時只允許一個線程使用synchronized關鍵字訪問函數的並發部分（這可以添加到函數定義中，但是您應該使用私有對象進行同步）。

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;
        }
    }
}

如果多個線程同時嘗試訪問數據，則必須等到另一個線程完成。 您還必須確保在鎖定中不引入死鎖。

在私有Object上同步

在回復評論時，我將添加一些解釋，說明為什么在私有對象上進行同步而不是在完整方法上（通過向方法定義添加synchronized ）或在地圖上進行synchronized 。

使用私有對象的原因是，您可以100％確定沒有其他類也使用您的對象（讀取鎖定）進行同步。

當您在方法上使用synchronized關鍵字時，您實際上正在同步this （當前對象），這意味着任何使用您的類的人也可以這樣做。 在地圖上同步時，地圖本身也可能同步該對象，或者您將地圖傳遞到的其他類。

請注意，在一些非常罕見的情況下，您確實希望其他人能夠使用相同的鎖，但這意味着您需要執行大量額外的文檔操作，並且存在其他人濫用鎖定的風險。

我在上面的例子中展示的方式是大多數人這樣做的方式。 然而，還有很多其他方法可以做到這一點。

使用ConcurrentHashMap修復

使用ConcurrentHashMap將解決問題1和3（如上編號）。 但你還是要對第二點采取特別措施。 從Java 8開始，您可以使用ConcurrentHashMap.computeIfAbsent()優雅地執行此操作。 這將工作如下：

public class Sample {

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

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

        }
    }
}

如您所見，這可以使實現非常優雅。 但是，如果您在地圖上有更多（更復雜）的操作，則可能會遇到麻煩。

Answer 2

您可以使用ReentrantReadWriteLock ，這樣您就可以讀取多個線程。

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您只需要同步嘗試訪問共享資源（例如集合）的代碼部分。

在您的代碼中，除了您正在調用的api（我們不知道任何事情）之外，唯一的共享資源是您的姓氏映射的第一個名稱，因此如果您將其作為並發集合（Concurrent hashMap），那么您的地圖中的數據將是好的（在兩個線程進入“ testMethod ”並且無法在map中找到名稱的情況下，在競爭條件中，其中一個成功先調用put方法並添加姓氏以映射然后另一個線程調用put方法具有相同的鍵/值，但最終你的映射具有正確的值）。

但是在您的代碼中， testMethod的整體操作是意外的，例如，在一個線程中可能找不到密鑰並調用api生成姓氏，而另一個線程正在使用相同的密鑰更新映射。