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StringBuilderがスレッドセーフでないことをプログラムで証明するにはどうすればよいですか？

StringBuilderがスレッドセーフでないことをプログラムで証明するにはどうすればよいですか？

私はこれを試しましたが、うまくいきません：

public class Threadsafe {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        long startdate = System.currentTimeMillis();

        MyThread1 mt1 = new MyThread1();
        Thread t = new Thread(mt1);
        MyThread2 mt2 = new MyThread2();
        Thread t0 = new Thread(mt2);
        t.start();
        t0.start();
        t.join();
        t0.join();
        long enddate = System.currentTimeMillis();
        long time = enddate - startdate;
        System.out.println(time);
    }

    String str = "aamir";
    StringBuilder sb = new StringBuilder(str);

    public void updateme() {
        sb.deleteCharAt(2);
        System.out.println(sb.toString());
    }

    public void displayme() {
        sb.append("b");
        System.out.println(sb.toString());
    }
}

class MyThread1 implements Runnable {
    Threadsafe sf = new Threadsafe();

    public void run() {
        sf.updateme();
    }
}

class MyThread2 implements Runnable {
    Threadsafe sf = new Threadsafe();

    public void run() {
        sf.displayme();
    }
}
javamultithreadingthread-safetystringbuilder
44
Aamir Suhail

問題

あなたが書いたテストが間違っていると思います。

主な要件は、異なるスレッド間で同じ StringBuilder インスタンスを共有することです。一方、各スレッドに対して StringBuilder オブジェクトを作成しています。

問題は、new Threadsafe()がnew StringBuilder()を初期化することです：

_class Threadsafe {
    ...
    StringBuilder sb = new StringBuilder(str);
    ...
}
class MyThread1 implements Runnable {
    Threadsafe sf = new Threadsafe();
    ...
}
class MyThread2 implements Runnable {
    Threadsafe sf = new Threadsafe();
    ...
}
_

説明

StringBuilder クラスがスレッドセーフではないことを証明するには、nスレッド（_n > 1_）が同じものに追加するテストを記述する必要があります。同時にインスタンス。

追加するすべてのもののサイズを認識して、この値を builder.toString().length() の結果と比較できます。

_final long SIZE = 1000;         // max stream size

final StringBuilder builder = Stream
        .generate(() -> "a")    // generate an infinite stream of "a"
        .limit(SIZE)            // make it finite
        .parallel()             // make it parallel
        .reduce(new StringBuilder(), StringBuilder::append, (b1, b2) -> b1);
                                // put each element in the builder

Assert.assertEquals(SIZE, builder.toString().length());
_

実際にはスレッドセーフではないため、結果を取得するのに問題が生じる可能性があります。

ArrayIndexOutOfBoundsException は、_char[] AbstractStringBuilder#value_配列と、マルチスレッド用に設計されていない割り当てメカニズムのためにスローされる場合があります。

テスト

ここに私の JUnit 5 テストがあり、これは StringBuilder と StringBuffer の両方をカバーしています：

_public class AbstractStringBuilderTest {

    @RepeatedTest(10000)
    public void testStringBuilder() {
        testAbstractStringBuilder(new StringBuilder(), StringBuilder::append);
    }

    @RepeatedTest(10000)
    public void testStringBuffer() {
        testAbstractStringBuilder(new StringBuffer(), StringBuffer::append);
    }

    private <T extends CharSequence> void testAbstractStringBuilder(T builder, BiFunction<T, ? super String, T> accumulator) {
        final long SIZE = 1000;
        final Supplier<String> GENERATOR = () -> "a";

        final CharSequence sequence = Stream
                .generate(GENERATOR)
                .parallel()
                .limit(SIZE)
                .reduce(builder, accumulator, (b1, b2) -> b1);

         Assertions.assertEquals(
                SIZE * GENERATOR.get().length(),    // expected
                sequence.toString().length()        // actual
         );
    }

}
_

結果

_AbstractStringBuilderTest.testStringBuilder: 
    10000 total, 165 error, 5988 failed, 3847 passed.

AbstractStringBuilderTest.testStringBuffer:
    10000 total, 10000 passed.
_
110
Andrew Tobilko

はるかに簡単：

StringBuilder sb = new StringBuilder();
IntStream.range(0, 10)
         .parallel()
         .peek(sb::append) // don't do this! just to prove a point...
         .boxed()
         .collect(Collectors.toList());

if (sb.toString().length() != 10) {
    System.out.println(sb.toString());
}

数字の順序はありません（012...など）が、これはあなたが気にしないものです。気にするのは、all範囲の数字[0..10]がStringBuilderに追加されました。

一方、StringBuilderをStringBufferに置き換えると、そのバッファー内に常に10個の要素が取得されます（ただし、順序が狂っています）。

18
Eugene

次のテストを検討してください。

import Java.util.ArrayList;
import Java.util.List;
import Java.util.concurrent.ExecutionException;
import Java.util.concurrent.ExecutorService;
import Java.util.concurrent.Executors;
import Java.util.concurrent.Future;

import org.junit.Assert;
import org.junit.Before;
import org.junit.Test;

public class NotThreadSafe {

    private static final int CHARS_PER_THREAD = 1_000_000;
    private static final int NUMBER_OF_THREADS = 4;

    private StringBuilder builder;

    @Before
    public void setUp() {
        builder = new StringBuilder();
    }

    @Test
    public void testStringBuilder() throws ExecutionException, InterruptedException {
        Runnable appender = () -> {
            for (int i = 0; i < CHARS_PER_THREAD; i++) {
                builder.append('A');
            }
        };
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(NUMBER_OF_THREADS);
        List<Future<?>> futures = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < NUMBER_OF_THREADS; i++) {
            futures.add(executorService.submit(appender));
        }
        for (Future<?> future : futures) {
            future.get();
        }
        executorService.shutdown();
        String builtString = builder.toString();
        Assert.assertEquals(CHARS_PER_THREAD * NUMBER_OF_THREADS, builtString.length());
    }
}

これは、StringBuilderが 矛盾による証明 メソッドによってスレッドセーフでないことを証明することを目的としています。実行すると、常に次のような例外がスローされます。

Java.util.concurrent.ExecutionException: Java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 73726

    at Java.util.concurrent.FutureTask.report(FutureTask.Java:122)
    at Java.util.concurrent.FutureTask.get(FutureTask.Java:192)
    at NotThreadSafe.testStringBuilder(NotThreadSafe.Java:37)
    at Sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
    at Sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.Java:62)
    at Sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.Java:43)
    at Java.lang.reflect.Method.invoke(Method.Java:498)
    at org.junit.runners.model.FrameworkMethod$1.runReflectiveCall(FrameworkMethod.Java:50)
    at org.junit.internal.runners.model.ReflectiveCallable.run(ReflectiveCallable.Java:12)
    at org.junit.runners.model.FrameworkMethod.invokeExplosively(FrameworkMethod.Java:47)
    at org.junit.internal.runners.statements.InvokeMethod.evaluate(InvokeMethod.Java:17)
    at org.junit.internal.runners.statements.RunBefores.evaluate(RunBefores.Java:26)
    at org.junit.runners.ParentRunner.runLeaf(ParentRunner.Java:325)
    at org.junit.runners.BlockJUnit4ClassRunner.runChild(BlockJUnit4ClassRunner.Java:78)
    at org.junit.runners.BlockJUnit4ClassRunner.runChild(BlockJUnit4ClassRunner.Java:57)
    at org.junit.runners.ParentRunner$3.run(ParentRunner.Java:290)
    at org.junit.runners.ParentRunner$1.schedule(ParentRunner.Java:71)
    at org.junit.runners.ParentRunner.runChildren(ParentRunner.Java:288)
    at org.junit.runners.ParentRunner.access$000(ParentRunner.Java:58)
    at org.junit.runners.ParentRunner$2.evaluate(ParentRunner.Java:268)
    at org.junit.runners.ParentRunner.run(ParentRunner.Java:363)
    at org.junit.runner.JUnitCore.run(JUnitCore.Java:137)
    at com.intellij.junit4.JUnit4IdeaTestRunner.startRunnerWithArgs(JUnit4IdeaTestRunner.Java:68)
    at com.intellij.rt.execution.junit.IdeaTestRunner$Repeater.startRunnerWithArgs(IdeaTestRunner.Java:47)
    at com.intellij.rt.execution.junit.JUnitStarter.prepareStreamsAndStart(JUnitStarter.Java:242)
    at com.intellij.rt.execution.junit.JUnitStarter.main(JUnitStarter.Java:70)
Caused by: Java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 73726
    at Java.lang.AbstractStringBuilder.append(AbstractStringBuilder.Java:650)
    at Java.lang.StringBuilder.append(StringBuilder.Java:202)
    at NotThreadSafe.lambda$testStringBuilder$0(NotThreadSafe.Java:28)
    at Java.util.concurrent.Executors$RunnableAdapter.call(Executors.Java:511)
    at Java.util.concurrent.FutureTask.run(FutureTask.Java:266)
    at Java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.Java:1149)
    at Java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.Java:624)
    at Java.lang.Thread.run(Thread.Java:748)

したがって、StringBuilderは、複数のスレッドで使用されると壊れます。

11
alxg2112