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Java中的共享资源与并发安全问题

P粉602998670

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发布时间:2026-01-06 16:16:02

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来源于php中文网

原创

ArrayList线程不安全因其方法无同步控制,多线程并发add可能引发扩容竞态,导致ArrayIndexOutOfBoundsException、数据丢失或ConcurrentModificationException。

java中的共享资源与并发安全问题

为什么多个线程访问同一个 ArrayList 会出错

因为 ArrayList 不是线程安全的:它的 add()remove()get() 等方法内部没有同步控制。当两个线程同时调用 add(),可能触发底层数组扩容,而扩容过程涉及新建数组、复制元素、更新引用——若此时另一个线程正在读或写旧数组,就会出现 ArrayIndexOutOfBoundsException数据丢失ConcurrentModificationException

常见现象包括:集合大小比预期小、遍历时抛 ConcurrentModificationException、偶发 NullPointerException(因元素未完全写入)。

  • 不要在多线程环境中直接共享裸 ArrayListHashMapHashSet
  • 如果只读不写,且初始化完成后不再修改,可用 Collections.unmodifiableList() 包装
  • 若需读多写少,优先考虑 CopyOnWriteArrayList;但注意它每次写操作都复制整个数组,不适合高频写场景

如何正确使用 synchronized 保护临界区

加锁本身不难,关键在于锁对象是否一致、粒度是否合理。错误做法是给每个方法加 synchronized,却用不同锁(如 this vs getClass()),导致实际没互斥。

典型问题:对共享资源的读写必须使用同一把锁;锁范围应刚好覆盖所有依赖该资源的操作,过大会降低并发度,过小则失去保护。

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  • 实例方法上加 synchronized,等价于用 this 作锁;静态方法加 synchronized,等价于用 MyClass.class 作锁
  • 若需细粒度控制(例如只锁某个字段),显式使用 synchronized(lockObj),且确保所有访问路径都用同一个 lockObj
  • 避免在同步块内调用外部可重入的方法(如回调、I/O),以防死锁或锁持有时间过长

ReentrantLocksynchronized 多了什么

ReentrantLock 提供更灵活的锁控制能力,但不是“更高级就该默认用它”。它适合需要尝试获取锁、可中断等待、或按特定顺序释放多个锁的场景。

容易忽略的点:ReentrantLock 必须手动 lock()unlock(),且 unlock() 必须放在 finally 块中;否则一旦异常跳出,锁永远无法释放。

  • lock.tryLock() 可避免无限等待,适合超时控制或避免死锁检测
  • lock.lockInterruptibly() 允许线程被 interrupt() 中断,而 synchronized 不响应中断
  • 不要在 ReentrantLocklock()unlock() 之间跨方法调用,除非你明确掌控整个调用链的异常路径
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
lock.lock();
try {
    // 访问共享资源
} finally {
    lock.unlock(); // 必须放在这里
}

原子变量(AtomicInteger 等)能替代锁吗

能,但仅限于单个变量的简单操作,比如计数器、状态标志、序列号生成。它们底层依赖 CPU 的 CAS(Compare-And-Swap)指令,无锁且高效。

不能替代锁的场景:多个变量需要保持一致性(如银行转账:从 A 扣款 + 给 B 加款),或操作逻辑复杂(如先查再改再存),这时 CAS 无法保证整体原子性。

  • AtomicIntegerincrementAndGet() 是原子的;但 i++(即 get() + 1set())不是,必须用原子方法
  • 注意 lazySet()set() 的内存语义差异:lazySet() 不保证后续读操作立即看到,适合写后极少读的场景(如统计上报)
  • 不要试图用多个原子变量拼出复合操作的安全性——这通常意味着你需要真正的锁或事务机制
并发安全的核心不在“用了什么工具”,而在“是否识别出所有共享状态,以及是否对所有访问路径施加了一致的同步策略”。很多 bug 出现在边界情况:比如一个线程刚初始化完对象,另一个线程就通过某种间接引用访问到了它——此时连锁对象本身都还没准备好。

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