java - 数组 在多线程环境中。读和写都

Question

我有一个长度为100的数组。我需要在多线程环境中使用它。总共有10个线程访问数组。两个线程 t1 和 t2 可能希望同时写入同一个索引。

Object[] data = new Object[100];

实现此目的的最佳方法是什么。

解决方案1:只有一个线程可以写入数组。即使 t1 和 t2 线程想要写入不同的索引，也必须等待。甚至我们可以使用 arrayList 并可以使用 Collections.synchronizedList(....)。

  public class ThreadSafeArray(){
    private Object[] data = new Object[100];

    public synchronized Object getValueAtIndex(int index){
       return data[index]; // Removing index range check for simple explanation
    }

    public synchronized void setValueAtIndex(int index , Object value){
      data[index] = value; // Removing index range check for simple explanation

    }
  }

解决方案 2:两个不同的线程可以同时写入两个不同的索引。

        public class ThreadSafeArray(){
    private Object[] data = new Object[100];
    private Object[] lock = new Object[100];

    public Object getValueAtIndex(int index){
       synchronized(lock[index]) 
       {  
          return data[index]; // Removing index range check for simple explanation
       }
    }

    public void setValueAtIndex(int index , Object value){
       synchronized(lock[index]) 
      {
           data[index] = value; // Removing index range check for simple explanation
      } 
    }
  }

有没有更好的方法来实现这个需求？

Answer 1

首先让我们讨论一下如果我们在多个线程之间共享任何数据(无论是 Java/C#)会遇到什么问题。我们需要解决三个问题。

1. **Atomicity** of read/write operation on that datastructure
2. **Visibility** changes by one thread are visible to other thread.
3. **Reordering** - compiler n processor are free to reorder these instruction 
    as long as it maintains program order for single thread execution.

现在对于你的问题我看到的是。您有一个固定大小的数组，并且在多个线程之间共享，并且您只是设置和获取值。

首先，引用分配是原子的因此，您的以下方法是原子的。我不会说它是线程安全的。因为它仍然缺乏可见性保证。

public void setValueAtIndex(int index , Object value){
      data[index] = value; // Removing index range check for simple explanation
    }

现在，为了保证可见性，我们可以改变我们的方法(以防您读取的数量超过写入的数量)

首先让您的数组声明为 volatile

volatile Object [] data = new Object[100];

现在你的 get 方法无需使用synchronized关键字就可以正常工作

public Object getValueAtIndex(int index){
       return data[index]; // Removing index range check for simple explanation
}

上面的方法是线程安全的现在对于 set 方法，您可能需要复制数组更改值，然后再次重新分配数据，即

public void setValueAtIndex(int index , Object value){
      Object tempdata =  copy(data); // make a copy of that array
      //change in the copied array 
       tempdata[index] = value; 
// reassign the array back to original array
 data = tempData;   
}

通过上述方法，您将以写入数组的成本提高读取数组的性能。 如果你有固定长度的数组，则不需要同步，否则你需要锁定来进行突变操作