Как программно доказать, что StringBuilder не является потокобезопасным?

Как программно доказать, что StringBuilder не является потоковым?

Я пробовал это, но он не работает:

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();
    }
}

Ответ 1

Проблема

Я боюсь, что тест, который вы написали, неверен.

Основное требование - предоставить один и тот же StringBuilder экземпляр между разными потоками. Если вы создаете объект StringBuilder для каждого потока.

Проблема заключается в том, что a new Threadsafe() инициализирует a new StringBuilder():

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

Описание

Чтобы доказать, что класс StringBuilder не является потокобезопасным, вам нужно написать тест, где n threads (n > 1) одновременно добавлять некоторые вещи в один и тот же экземпляр.

Зная размер всех материалов, которые вы собираетесь добавить, вы сможете сравнить это значение с результатом builder.toString().length():

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());

Так как он на самом деле не является потокобезопасным, у вас может возникнуть проблема с получением результата.

ArrayIndexOutOfBoundsException может быть выбрано из-за массива char[] AbstractStringBuilder#value и механизма распределения, который не был предназначен для использования многопоточности.

Test

Вот мой тест JUnit 5, который охватывает как StringBuilder и StringBuffer:

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
         );
    }

}

Результаты

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

AbstractStringBuilderTest.testStringBuffer:
    10000 total, 10000 passed.

Ответ 2

Гораздо проще:

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());
}

Не будет порядка цифр (они не будут 012... и т.д.), но это вас не волнует. Все, что вам нужно, это не все цифры из диапазона [0..10], добавленные в StringBuilder.

С другой стороны, если вы замените StringBuilder на StringBuffer, вы всегда получите 10 элементов в этом буфере (но не в порядке).

Ответ 3

Рассмотрим следующий тест.

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());
    }
}

Это должно доказать, что StringBuilder не является потокобезопасным методом доказательство противоречия. При запуске он всегда выдает исключение, например следующее:

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)

Следовательно, StringBuilder разбивается при использовании несколькими потоками.