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Um mapa imutável construído em cima de um EnumMap poderia ser utilizado em ambiente multi-thread ou há algum risco de problemas de concorrência?

public enum MyEnum {
    VALUE1, VALUE2, VALUE3, VALUE4;
}

private final Map<MyEnum, BObject> myMap;

public MyClassConstructor() {
    EnumMap<MyEnum , BO> mMap = new EnumMap<>(MyEnum.class);
    mMap.put(MyEnum.VALUE1, new ImmutableBO1()); // imutavel
    mMap.put(MyEnum.VALUE2, new ImmutableBO2());
    // etc 
    myMap = Collections.unmodifiableMap(mMap);
    mMap = null; // ilustrativo, todas referencias a mMap são descartadas 
}

1 Resposta 1

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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:

  1. Processo T1 executa a linha atual++ (total == 1)
  2. Processo T2 executa a linha atual++ (total == 2)
  3. Processo T2 retorna o valor de total, ou seja, 2
  4. 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:

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  • 2
    Oi Luiz, apenas para complementar a resposta, fiz essa pergunta pois algumas classes modificam seu estado interno em chamadas de método aparentemente inocentes. Nesse caso problemas de concorrência podem ocorrer mesmo que não existam modificações de estados evidentes para o chamador. É esse o caso, por exemplo, do SimpleDateFormat (veja br.stackoverflow.com/questions/114/…). Abri o código fonte do EnumMap e não vi nada aparente nas chamadas ao método get, mas, em todo caso, resolvi checar hehehe. 24/12/2013 às 17:40
  • 2
    Faltou falar que o Collections.synchronizedMap(map) pode ser uma solução quando há modificações concorrentes. 26/12/2013 às 1:55
  • @AnthonyAccioly Bem lembrado, adicionei uma explicação referente ao ´SimpleDateFormat`.
    – utluiz
    26/12/2013 às 10:29
  • 1
    @Victor Embora a pergunta seja sobre um EnumMap imutável, realmente é importante apontar para alternativas. Adicionei uma seção sobre classes sincronizadas e imutáveis que podem ser usadas.
    – utluiz
    26/12/2013 às 10:31
  • Note que sincronizar num Integer pode não ser uma boa prática -- os Integers "pequenos" oriundos de constantes em geral ficam em Cache na JVM (em outras palavras, o objeto referenciado pelo field atual, após a construção da classe em que ele vive, é um "singleton", será compartilhado por todas as instâncias da sua classe). Dessa forma, se você tiver múltiplas instâncias dessa classe e diferentes threads operando nessas diferentes instâncias, você poderá ter problemas sérios de performance devido a thread contention!
    – Bruno Reis
    30/01/2014 às 5:56

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