一次因HashSet引起的并发问题详解

问题描述

在Java高并发编程中，经常会遇到由于数据结构并发修改所引发的并发问题，其中HashSet是比较常用的数据结构之一。在多线程环境下，由于HashSet是非线程安全的，在修改HashSet时可能会出现并发问题。本文将详细讲解一次因HashSet引起的并发问题，并提供解决方案。

问题分析

HashSet是由哈希表实现的，存储元素的位置是通过元素的hashCode()方法计算的。当发生哈希冲突时，相同hashCode()的元素会存储于同一个链表中。在多线程环境下，如果多个线程同时修改了哈希表，这些线程会同时访问链表中的同一个元素，从而可能导致并发问题。

为了说明这个问题，下面给出一个简单的示例：

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;

public class HashSetDemo {
    private static Set<String> set = new HashSet<>();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                set.add("value" + i);
            }
        });

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                set.add("value" + i);
            }
        });

        t1.start();
        t2.start();

        t1.join();
        t2.join();

        System.out.println(set.size());
    }
}

这段代码创建了两个线程，每个线程向set中添加1000个元素。运行程序后，我们可能会得到一个小于2000的结果，表明HashSet元素发生了丢失。这是因为t1和t2会同时访问HashSet中的同一个元素，即相同hashCode()的元素。由于HashSet是非线程安全的，会导致元素丢失。

解决方案

为了解决这个问题，我们通常可以使用线程安全的HashSet实现，如ConcurrentHashMap。另一种方法是使用锁。

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class HashSetDemoWithLock {
    private static Set<String> set = new HashSet<>();
    private static Lock lock = new ReentrantLock();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                lock.lock();
                try {
                    set.add("value" + i);
                } finally {
                    lock.unlock();
                }
            }
        });

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                lock.lock();
                try {
                    set.add("value" + i);
                } finally {
                    lock.unlock();
                }
            }
        });

        t1.start();
        t2.start();

        t1.join();
        t2.join();

        System.out.println(set.size());
    }
}

这里我们使用了Java的可重入锁ReentrantLock，当一个线程加锁后，只有该线程能够进行修改。使用这种方法可以解决HashSet的并发问题。

总结

在多线程环境下，HashSet是非线程安全的，可能会导致元素丢失或其他并发问题。为了解决这个问题，我们可以使用线程安全的HashSet实现或者使用锁。

示例说明

示例1：

有两个线程向HashSet集合中添加元素，但是HashSet是非线程安全的，在同时访问同一个元素时会导致元素丢失。

示例2：

为了解决HashSet的并发问题，可以使用线程安全的HashSet实现或者使用锁来保证线程安全。其中，使用锁需要注意锁的粒度，过度的锁粒度会影响程序的性能。