魔鬼面試官必問：ConcurrentHashMap 線程安全嗎？

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來源：developer.aliyun.com/article/776568

1 線程重用導(dǎo)致用戶信息錯亂

1.1 案例

1.2 bug 重現(xiàn)

server.tomcat.max-threads=1

• 先讓用戶1請求接口，第一、第二次獲取到用戶ID分別是null和1，符合預(yù)期
• 用戶2請求接口，bug復(fù)現(xiàn)！第一、第二次獲取到用戶ID分別是1和2，顯然第一次獲取到了用戶1的信息，因為Tomcat線程池重用了線程。兩次請求線程都是同一線程：http-nio-45678-exec-1。

• Tomcat服務(wù)器下跑的業(yè)務(wù)代碼，本就運行在一個多線程環(huán)境（否則接口也不可能支持這么高的并發(fā)），并不能認(rèn)為沒有顯式開啟多線程就不會有線程安全問題
• 線程創(chuàng)建較昂貴，所以Web服務(wù)器會使用線程池處理請求，線程會被重用。使用類似ThreadLocal工具存放數(shù)據(jù)時，需注意在代碼運行完后，顯式清空設(shè)置的數(shù)據(jù)。

1.3 解決方案

1.4 ThreadLocalRandom 可將其實例設(shè)置到靜態(tài)變量，在多線程下重用嗎？

UNSAFE.putLong(t?=?Thread.currentThread(),?SEED,
r?=?UNSAFE.getLong(t,?SEED)?+?GAMMA);

UNSAFE.getLong(Thread.currentThread(),SEED);

2 ConcurrentHashMap真的安全嗎？

2.1 案例

• 訪問接口

• 初始大小900符合預(yù)期，還需填充100個元素
• worker13線程查詢到當(dāng)前需要填充的元素為49，還不是100的倍數(shù)
• 最后HashMap的總項目數(shù)是1549，也不符合填充滿1000的預(yù)期

2.2 bug 分析

• 使用不代表對其的多個操作之間的狀態(tài)一致，是沒有其他線程在操作它的。如果需要確保需要手動加鎖
• 諸如size、isEmpty和containsValue等聚合方法，在并發(fā)下可能會反映ConcurrentHashMap的中間狀態(tài)。因此在并發(fā)情況下，這些方法的返回值只能用作參考，而不能用于流程控制 。顯然，利用size方法計算差異值，是一個流程控制
• 諸如putAll這樣的聚合方法也不能確保原子性，在putAll的過程中去獲取數(shù)據(jù)可能會獲取到部分?jǐn)?shù)據(jù)

2.3 解決方案

• 只有一個線程查詢到需補100個元素，其他9個線程查詢到無需補，最后Map大小1000

3 知己知彼，百戰(zhàn)百勝

3.1 案例

• 使用ConcurrentHashMap來統(tǒng)計，Key的范圍是10
• 使用最多10個并發(fā)，循環(huán)操作1000萬次，每次操作累加隨機的Key
• 如果Key不存在的話，首次設(shè)置值為1。

• 判斷
• 讀取現(xiàn)在的累計值
• +1
• 保存累加后值

• ConcurrentHashMap的原子性方法computeIfAbsent做復(fù)合邏輯操作，判斷K是否存在V，若不存在，則把Lambda運行后結(jié)果存入Map作為V，即新創(chuàng)建一個LongAdder對象，最后返回V 因為computeIfAbsent返回的V是LongAdder，是個線程安全的累加器，可直接調(diào)用其increment累加。

3.2 性能測試

• 使用StopWatch測試兩段代碼的性能，最后的斷言判斷Map中元素的個數(shù)及所有V的和是否符合預(yù)期來校驗代碼正確性
• 性能測試結(jié)果：

3.3 computeIfAbsent高性能之道

static?final??boolean?casTabAt(Node[]?tab,?int?i,
????????????????????????????????????Node?c,?Node?v)?{
????return?U.compareAndSetObject(tab,?((long)i?<}

辨明 computeIfAbsent、putIfAbsent

• 當(dāng)Key存在的時候，如果Value獲取比較昂貴的話，putIfAbsent就白白浪費時間在獲取這個昂貴的Value上（這個點特別注意）
• Key不存在的時候，putIfAbsent返回null，小心空指針，而computeIfAbsent返回計算后的值
• 當(dāng)Key不存在的時候，putIfAbsent允許put null進(jìn)去，而computeIfAbsent不能，之后進(jìn)行containsKey查詢是有區(qū)別的（當(dāng)然了，此條針對HashMap，ConcurrentHashMap不允許put null value進(jìn)去）

3.4 CopyOnWriteArrayList 之殤

CopyOnWriteArrayList V.S 普通加鎖ArrayList讀寫性能

• 測試并發(fā)寫性能
• 測試結(jié)果：高并發(fā)寫，CopyOnWriteArray比同步ArrayList慢百倍
• 測試并發(fā)讀性能
• 測試結(jié)果：高并發(fā)讀（100萬次get操作），CopyOnWriteArray比同步ArrayList快24倍

4 總結(jié)

4.1 Don't !!!

• 不要只會用并發(fā)工具，而不熟悉線程原理
• 不要覺得用了并發(fā)工具，就怎么都線程安全
• 不熟悉并發(fā)工具的優(yōu)化本質(zhì)，就難以發(fā)揮其真正性能
• 不要不結(jié)合當(dāng)前業(yè)務(wù)場景，就隨意選用并發(fā)工具，可能導(dǎo)致系統(tǒng)性能更差

4.2 Do !!!

• 認(rèn)真閱讀官方文檔，理解并發(fā)工具適用場景及其各API的用法，并自行測試驗證，最后再使用
• 并發(fā)bug本就不易復(fù)現(xiàn)， 多自行進(jìn)行性能壓力測試

-End-
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