如何存储/访问数据并防止地图中的竞争条件，java答案

【问题标题】：How data is stored/accessed and preventing race conditions in maps, java如何存储/访问数据并防止地图中的竞争条件，java
【发布时间】：2020-12-04 09:09:51
【问题描述】：

我们有这样的案例。

class A{
 class foo{
    //Map with a lot of entries
    private HashMap<String,String> dataMap; 

    public updater(){
        // updates dataMap
        // takes several milliseconds
    }

    public someAction(){
        // needs to perform read on dataMap
        // several times, in a long process
        // which takes several milliseconds
    }
}

问题是，someAction 和 updater 都可以同时调用，someAction 是一个更频繁的方法。如果调用 updater，它可以从 dataMap 中替换很多值。我们需要 readAction 的一致性。如果方法以旧 dataMap 开始，则所有读取都应使用旧 dataMap。

class foo{
    //Map with a lot of entries
    private HashMap<String,String> dataMap; 


    public updater(){
        var updateDataMap = clone(dataMap); // some way to clone data from map
        // updates updateDataMap instead of dataMap
        // takes several milliseconds
        this.dataMap = updateDataMap;       
    }

    public someAction(){
        var readDataMap = dataMap;
        // reads from readDataMap instead of dataMap
        // several times, in a long process
        // which takes several milliseconds
    }
}

这能确保一致性吗？我相信克隆方法会在内存中分配不同的区域，并且会从那里发生新的引用。是否会对性能产生任何影响？而oldDataMap的内存用完后会释放吗？

如果这是正确的方法，有没有其他有效的方法可以达到同样的效果？

【问题讨论】：

您需要将dataMap 声明为volatile。在每次更新时克隆整个地图是否比使用并发地图更好或更差，取决于实际用例。
将（最终）释放不再可访问的内存。
性能取决于几个因素，包括地图深层副本的大小、可用内存量以及update() 和readAction() 地图所需的时间。您应该指定应用程序中的映射一致性是否意味着 updater() 已从头到尾运行 或 查看部分 updater() 结果是可以的，只要每个 set(key, value) 操作是原子的。在第二种情况下，使用synchronizedMap(dataMap) 包装地图避免了复制的开销，并使volatile 不再需要。
此代码不安全。即使映射内部没有可变状态，您也有多个线程访问dataMap 变量而没有协调。这里可能出错的地方比人们最初想象的要多得多。（即使有使dataMap 易变的“修复”，并且地图一旦发布就永远不会修改，您仍然面临丢失更新的风险。）
@BrianGoetz 你说的是多线程调用updater() 还是别的什么的场景？

标签： java parallel-processing java-11 openjdk-11

【解决方案1】：

我相信您的方法会奏效，因为来自updater() 的所有更改都将发生在（深层）副本中，并且someAction() 将无法看到，直到在单个操作中更新引用。

我了解您并不关心someAction()是否看到最新版本的地图内容，只要地图是一致的，即在中间不被观察到更新了。在这种情况下，您的someAction() 无法查看不完整的地图。

请注意，最多 1 个线程应该能够调用 updater() - 两个线程同时调用它意味着只有一个线程可以编写更新的地图。我建议进行以下更改：

// no synchronization needed at this level, but volatile is important
private volatile HashMap<String,String> dataMap = new HashMap<>;

// if two threads attempt to call this at once, one blocks until the other finishes
public synchronized updater() {
    var writeDataMap = clone(dataMap);  // a deep copy

    // update writeDataMap - guaranteed no other thread updating
    // ... long operation

    dataMap = writeDataMap;             // switch visible map with the updated one 
}

public someAction() {
    var readDataMap = dataMap;

    // process readDataMap - guaranteed not to change while being read
    // ... long operation
}

这里的重要关键字是volatile，以确保其他线程在updater() 完成其工作后立即访问更新的地图。同步的使用只是防止多个updater()线程相互干扰，主要是防御性的。

【讨论】：

我不明白让它变得易变有什么影响。 JVM 是否会在一个长时间操作中多次从原始指针重新获取数据，当我们添加 volatile 时会停止？
@VaibhawVaibhaw 没有volatile，无法保证其他线程会注意到更新的字段，但更糟糕的是，其他线程可以看到更新的字段（地图参考），同时看到超出-地图本身字段的日期值。
我以指针的方式思考。 A 指向内存中的一个位置，比如 MEM-1，B = A 发生，意味着 B 现在指向 MEM-1，然后 A 与一个新映射相关联，比如在 MEM-2 内存位置上，然后 B 将继续使用 MEM -1，对吧？为什么 B 会突然开始指向 MEM-2？抱歉，但我无法理解可能发生这种情况的场景@Holger
@VaibhawVaibhaw 我从未说过 B 可以“突然”使用新地图。 someAction() 包含对 dataMap 的读取。如果没有volatile，此读取可能会或可能不会读取另一个线程写入它的新值。无法保证它将读取哪个映射引用，也无法保证写入线程此时是否已完成构造函数。这就是 racy read 的意义所在。不要试图用操作的顺序来推理，对于一个不合情理的阅读，不存在顺序。
@VaibhawVaibhaw 它会以这种方式工作当变量dataMap被声明为volatile...

【解决方案2】：

如果您想避免复制，可以使用java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock 来保护对您的地图的访问。使用updater 中的写锁和someAction 中的读锁。

【讨论】：