Java8中parallelStream并發安全的示例分析

這篇文章主要介紹Java8中parallelStream并發安全的示例分析，文中介紹的非常詳細，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們一定要看完！

背景

Java8的stream接口極大地減少了for循環寫法的復雜性，stream提供了map/reduce/collect等一系列聚合接口，還支持并發操作：parallelStream。

在爬蟲開發過程中，經常會遇到遍歷一個很大的集合做重復的操作，這時候如果使用串行執行會相當耗時，因此一般會采用多線程來提速。Java8的paralleStream用fork/join框架提供了并發執行能力。但是如果使用不當，很容易陷入誤區。

Java8的paralleStream是線程安全的嗎

一個簡單的例子,在下面的代碼中采用stream的forEach接口對1-10000進行遍歷，分別插入到3個ArrayList中。其中對第一個list的插入采用串行遍歷，第二個使用paralleStream，第三個使用paralleStream的同時用ReentryLock對插入列表操作進行同步：

private static List<Integer> list1 = new ArrayList<>();
private static List<Integer> list2 = new ArrayList<>();
private static List<Integer> list3 = new ArrayList<>();
private static Lock lock = new ReentrantLock();

public static void main(String[] args) {
 IntStream.range(0, 10000).forEach(list1::add);

 IntStream.range(0, 10000).parallel().forEach(list2::add);

 IntStream.range(0, 10000).forEach(i -> {
 lock.lock();
 try {
  list3.add(i);
 }finally {
  lock.unlock();
 }
 });

 System.out.println("串行執行的大小：" + list1.size());
 System.out.println("并行執行的大小：" + list2.size());
 System.out.println("加鎖并行執行的大小：" + list3.size());
}

執行結果：

串行執行的大小：10000
并行執行的大小：9595
加鎖并行執行的大小：10000

并且每次的結果中并行執行的大小不一致，而串行和加鎖后的結果一直都是正確結果。顯而易見，stream.parallel.forEach()中執行的操作并非線程安全。

那么既然paralleStream不是線程安全的，是不是在其中的進行的非原子操作都要加鎖呢？我在stackOverflow上找到了答案：

• https://codereview.stackexchange.com/questions/60401/using-java-8-parallel-streams

• https://stackoverflow.com/questions/22350288/parallel-streams-collectors-and-thread-safety

在上面兩個問題的解答中，證實paralleStream的forEach接口確實不能保證同步，同時也提出了解決方案：使用collect和reduce接口。

• http://docs.oracle.com/javase/tutorial/collections/streams/parallelism.html

在Javadoc中也對stream的并發操作進行了相關介紹：

The Collections Framework provides synchronization wrappers, which add automatic synchronization to an arbitrary collection, making it thread-safe.

Collections框架提供了同步的包裝，使得其中的操作線程安全。

所以下一步，來看看collect接口如何使用。

stream的collect接口

閑話不多說直接上源碼吧，Stream.java中的collect方法句柄：

<R, A> R collect(Collector<? super T, A, R> collector);

在該實現方法中，參數是一個Collector對象，可以使用Collectors類的靜態方法構造Collector對象，比如Collectors.toList()，toSet(),toMap()，etc，這塊很容易查到API故不細說了。

除此之外，我們如果要在collect接口中做更多的事，就需要自定義實現Collector接口，需要實現以下方法：

Supplier<A> supplier();
BiConsumer<A, T> accumulator();
BinaryOperator<A> combiner();
Function<A, R> finisher();
Set<Characteristics> characteristics();

要輕松理解這三個參數，要先知道fork/join是怎么運轉的，一圖以蔽之：

上圖來自：http://www.infoq.com/cn/articles/fork-join-introduction

簡單地說就是大任務拆分成小任務，分別用不同線程去完成，然后把結果合并后返回。所以第一步是拆分，第二步是分開運算，第三步是合并。這三個步驟分別對應的就是Collector的supplier,accumulator和combiner。talk is cheap show me the code，下面用一個例子來說明：

輸入是一個10個整型數字的ArrayList，通過計算轉換成double類型的Set，首先定義一個計算組件：

Compute.java:

public class Compute {
public Double compute(int num) {
 return (double) (2 * num);
}
}

接下來在Main.java中定義輸入的類型為ArrayList的nums和類型為Set的輸出結果result：

private List<Integer> nums = new ArrayList<>();
private Set<Double> result = new HashSet<>();

定義轉換list的run方法，實現Collector接口，調用內部類Container中的方法，其中characteristics()方法返回空set即可：

public void run() {
 // 填充原始數據，nums中填充0-9 10個數
 IntStream.range(0, 10).forEach(nums::add);
 //實現Collector接口
 result = nums.stream().parallel().collect(new Collector<Integer, Container, Set<Double>>() {

 @Override
 public Supplier<Container> supplier() {
  return Container::new;
 }

 @Override
 public BiConsumer<Container, Integer> accumulator() {
  return Container::accumulate;
 }

 @Override
 public BinaryOperator<Container> combiner() {
  return Container::combine;
 }

 @Override
 public Function<Container, Set<Double>> finisher() {
  return Container::getResult;
 }

 @Override
 public Set<Characteristics> characteristics() {
  // 固定寫法
  return Collections.emptySet();
 }
 });
}

構造內部類Container，該類的作用是一個存放輸入的容器，定義了三個方法：

• accumulate方法對輸入數據進行處理并存入本地的結果

• combine方法將其他容器的結果合并到本地的結果中

• getResult方法返回本地的結果

Container.java:

class Container {
 // 定義本地的result
 public Set<Double> set;

 public Container() {
 this.set = new HashSet<>();
 }

 public Container accumulate(int num) {
 this.set.add(compute.compute(num));
 return this;
 }

 public Container combine(Container container) {
 this.set.addAll(container.set);
 return this;
 }

 public Set<Double> getResult() {
 return this.set;
 }
}

在Main.java中編寫測試方法：

public static void main(String[] args) {
 Main main = new Main();
 main.run();
 System.out.println("原始數據：");
 main.nums.forEach(i -> System.out.print(i + " "));
 System.out.println("\n\ncollect方法加工后的數據：");
 main.result.forEach(i -> System.out.print(i + " "));
}

輸出：

原始數據：
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

collect方法加工后的數據：
0.0 2.0 4.0 8.0 16.0 18.0 10.0 6.0 12.0 14.0

我們將10個整型數值的list轉成了10個double類型的set，至此驗證成功～

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