O que é um objeto Thread-Safe?
É um objeto que, em dado contexto de uso, garante o acesso seguro a dados compartilhados por várias threads sem efeitos colaterais indesejados.
Esses efeitos colaterais geralmente ocorrem quando uma ou mais threads tentam modificar o mesmo conjunto de dados ao mesmo tempo.
Vamos supor que temos um objeto com um contador compartilhado entre diversas threads:
int atual = 0;
public int incrementa() {
atual++;
return atual;
}
Suponha agora que duas threads T1 e T2 chamam, ao mesmo tempo o método incrementa()
e ocorre a seguinte sequência de execução:
- Processo T1 executa a linha
atual++
(total == 1)
- Processo T2 executa a linha
atual++
(total == 2)
- Processo T2 retorna o valor de
total
, ou seja, 2
- Processo T1 retorna o valor de
total
, ou seja, 2
Obviamente isso irá causar um efeito colateral indesejado.
Uma solução é sincronizar o método ou o bloco que manipula o dado compartilhado, por exemplo:
int atual = 0;
public synchronized int incrementa() {
atual++;
return atual;
}
Neste segundo exemplo, as duas threads não iriam executar o método incrementa()
ao mesmo tempo no mesmo objeto. Somente uma de cada vez adentraria o bloco com incremento, portanto isso evitaria o efeito colateral.
É importante notar que a sincronização no método é equivalente a um bloco synchronized(this)
, o que significa que o bloqueio é feito no objeto e, se houver outros métodos sincronizados, pode haver um gargalo. Um forma mais adequada para sincronização seria:
Integer atual = 0;
public Integer incrementa() {
synchronized (atual) {
atual++;
return atual;
}
}
Neste simples exemplo, o código acima não traz muitas vantagens. Mas a boa prática de limitar ao máximo o escopo da sincronização faz com que haja menos bloqueis desnecessários, o que faz muita diferença em cenários um pouco mais complexos.
Observação: o exemplo acima é apenas para fins didáticos. É preciso tomar cuidado ao sincronizar uma instância de Integer
pois em algumas situações o Java usa um cache de inteiros de -127 a +127. Note que isso não ocorreria se usássemos new Integer(n)
, mas apenas métodos como valueOf()
ou getInteger()
. Uma prática comumente utilizada, inclusive nas bibliotecas padrão do Java, é criar uma instância de Object e atribuir a algum atributo da classe, então pode-se usar esse objeto como um semáforo exclusivo.
E se não houver modificações?
Objetos não modificáveis são, por natureza, seguros para uso em múltiplas threads, pois não há risco de efeitos colaterais. Veja o que diz a Wikipedia:
Immutable objects are often useful because they are inherently thread-safe.
Tradução:
Objetos imutáveis geralmente são úteis porque eles são inerentemente thread-safe
Enfim, objetos imutáveis não precisam ser sincronizados para serem seguramente usados em multithreading.
Um EnumMap comum é Thread-safe?
Não. Veja o que diz a docuentação (javadoc):
If multiple threads access an enum map concurrently, and at least one of the threads modifies the map, it should be synchronized externally.
Tradução:
Se múltiplas threads acessarem um enum map concorrentemente, e pelo menos uma delas modificar o mapa, ele deve ser sincronizado externamente.
Um EnumMap não modificável é Thread-safe?
Sim. A resposta acaba sendo óbvia após entendermos os conceitos apresentados acima.
Então nunca haverá problemas com objetos imutáveis?
Depende. Como disse no início, depende do contexto de uso.
Apenas para citar um exemplo, suponha que um mapa imutável contenha elementos do tipo ArrayList mutáveis. Se threads diferentes acessarem e modificarem essas listas, efeitos colaterais provavelmente irão ocorrer.
Além disso é preciso tomar cuidado com classes do Java que são inerentemente thread-unsafe, como a classe SimpleDateFormat
. Esta classe estende a classe DateFormat
, a qual possui um atributo do tipo Calendar
, que é mutável. Aliás, ter atributos do tipo Calendar
pode ser um problema em cenários multi-threading, já que ele é mutável.
Em resumo, deve-se analisar todos os objetos compartilhados por threads, incluindo seu conteúdo.
E se eu precisar de um mapa Thread-Safe? Devo criar um wrapper com vários blocos synchronized
?
O Java fornece mapas sincronizados para vários gostos. Vejamos alguns:
ConcurrentHashMap
: uma versão "nova" de mapa sincronizado em relação ao HashTable
, suportando manipulação por várias threads, mas sem bloquear as operações de leitura.
Collections.synchronizedMap(map)
: retorna um wrapper sincronizado sobre o mapa, porém mesmo métodos de leitura são sincronizados, resultando em mais gargalos com relação ao ConcurrentHashMap
.
Referências de classes e wrappers sincronizados e imutáveis
A lista de wrappers sincronizados é:
public static <T> Collection<T> synchronizedCollection(Collection<T> c);
public static <T> Set<T> synchronizedSet(Set<T> s);
public static <T> List<T> synchronizedList(List<T> list);
public static <K,V> Map<K,V> synchronizedMap(Map<K,V> m);
public static <T> SortedSet<T> synchronizedSortedSet(SortedSet<T> s);
public static <K,V> SortedMap<K,V> synchronizedSortedMap(SortedMap<K,V> m);
A lista de wrappers imutáveis é:
public static <T> Collection<T> unmodifiableCollection(Collection<? extends T> c);
public static <T> Set<T> unmodifiableSet(Set<? extends T> s);
public static <T> List<T> unmodifiableList(List<? extends T> list);
public static <K,V> Map<K, V> unmodifiableMap(Map<? extends K, ? extends V> m);
public static <T> SortedSet<T> unmodifiableSortedSet(SortedSet<? extends T> s);
public static <K,V> SortedMap<K, V> unmodifiableSortedMap(SortedMap<K, ? extends V> m);
A referência oficial dos métodos que retornam wrappers imutáveis e sincronizados está aqui.
As versões sincronizadas de classes de coleções são encontradas no pacote java.util.concurrent
. Eis alguns substitutos para as classes convencionais: