Java 线程安全地将集合对象从一个线程传递到另一个线程

Question

我有一个 Java 应用程序，它有工作线程来处理作业。一个工人产生一个结果对象，比如：

class WorkerResult{
    private final Set<ResultItems> items;
    public Worker(Set<ResultItems> pItems){
         items = pItems;
    }
}

当工作人员完成时，它会执行以下操作：

 ...
 final Set<ResultItems> items = new SomeNonThreadSafeSetImplSet<ResultItems>();
 for(Item producedItem : ...){
      items.add(item);
 }
 passToGatherThread(items);

items 集在这里是一种“工作单元”。 passToGatherThread 方法将items 集合传递给一个收集线程，其中只有一个在运行时存在。

这里不需要同步，因为只有一个线程（Gather-thread）读取items 集，所以不会发生竞争条件。 AFAICS，Gather-thread 可能看不到所有项目，因为该集合不是线程安全的，对吧？

假设我不能使 passToGatherThread 同步，因为它是一个 3rd 方库。我基本上担心的是，由于缓存、VM 优化等原因，收集线程看不到所有项目。所以问题来了：如何以线程安全的方式传递项目集，以便收集线程“看到”合适的项目集？

Answer 1

这里似乎没有同步问题。您为每个 passToGatherThread 创建一个新的 Set 对象，并在修改集合后执行此操作。不会丢失任何对象。

如果不对集合进行任何修改，许多线程可以同时访问 Set（和大多数 Java 集合）。这就是Collections.unmodifiableCollection 的用途。

由于上面提到的passToGatherThread方法作为与其他线程的通信，它必须使用某种同步——并且每次同步确保线程之间的内存一致性。

另外 - 请注意，所有对传递集合中对象的写入都是在 传递给另一个线程之前进行的。即使内存被复制到线程的本地缓存中，它也具有与其他线程相同的未修改值。

Answer 2

我对这个问题思考（并讨论）了很多，我想出了另一个答案，我希望这将是最好的解决方案。

传递一个同步的集合在效率方面并不好，因为该集合上的每个后续操作都会被同步 - 如果有很多操作，它可能会被证明是一个障碍。

直截了当：让我们做一些假设（我不同意）：

• 提到的passToGatherThread 方法确实不安全，但看起来不太可能
• 编译器可以对代码中的事件重新排序，以便在填充集合之前调用passToGatherThread

确保传递给gatherer方法的集合已准备好和完整的最简单、最干净和可能最有效的方法是将集合推送放在一个同步块中，如下所示：

synchronized(items) {
  passToGatherThread(items);
}

这样我们在传递集合之前确保内存同步和有效的happens-before序列，从而确保所有对象都正确传递。

Answer 3

您可以简单地使用 Java 为您的 WorkerResult 提供的 Set 的线程安全实现之一。例如：

• CopyOnWriteArraySet
• ConcurrentSkipListSet

另一种选择是使用Collections.synchronizedSet()。

Answer 4

worker实现callable并返回WorkerResult：

class Worker implements Callable<WorkerResult> {
    private WorkerInput in;

    public Worker(WorkerInput in) {
        this.in = in;
    }

    public WorkerResult call() {
        // do work here
    }
}

然后我们使用一个ExecutorService来管理线程池，并通过使用Future来收集结果。

public class PooledWorkerController {

    private static final int MAX_THREAD_POOL = 3;
    private final ExecutorService pool = 
       Executors.newFixedThreadPool(MAX_THREAD_POOL);

    public Set<ResultItems> process(List<WorkerInput> inputs) 
           throws InterruptedException, ExecutionException{         
        List<Future<WorkerResult>> submitted = new ArrayList<>();
        for (WorkerInput in : inputs) {
            Future<WorkerResult> future = pool.submit(new Worker(in));
            submitted.add(future);
        }
        Set<ResultItems> results = new HashSet<>();
        for (Future<WorkerResult> future : submitted) {
            results.addAll(future.get().getItems());
        }
        return results;
    }
}