ArrayList线程不安全的表现

原文：https://www.toocruel.net/arraylistxian-cheng-bu-an-quan-de-biao-xian/

ArrayList部分源码

public class ArrayList extends AbstractList
        implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
    /**
     * 列表元素集合数组
     * 如果新建ArrayList对象时没有指定大小，那么会将EMPTY_ELEMENTDATA赋值给elementData，
     * 并在第一次添加元素时，将列表容量设置为DEFAULT_CAPACITY 
     */
    transient Object[] elementData; 

    /**
     * 列表大小，elementData中存储的元素个数
     */
    private int size;
}

add方法

public boolean add(E e) {

    /**
     * 添加一个元素时，做了如下两步操作
     * 1.判断列表的capacity容量是否足够，是否需要扩容
     * 2.真正将元素放在列表的元素数组里面
     */
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

ArrayList线程不安全的表现

在多个线程进行add操作时可能会导致elementData数组越界。

具体逻辑如下：

• 列表大小为9，即size=9
• 线程A开始进入add方法，这时它获取到size的值为9，调用ensureCapacityInternal方法进行容量判断。
• 线程B此时也进入add方法，它获取到size的值也为9，也开始调用ensureCapacityInternal方法。
• 线程A发现需求大小为10，而elementData的大小就为10，可以容纳。于是它不再扩容，返回。
• 线程B也发现需求大小为10，也可以容纳，返回。
• 线程A开始进行设置值操作， elementData[size++] = e 操作。此时size变为10。
• 线程B也开始进行设置值操作，它尝试设置elementData[10] = e，而elementData没有进行过扩容，它的下标最大为9。于是此时会报出一个数组越界的异常ArrayIndexOutOfBoundsException.

一个线程的值覆盖另一个线程添加的值

另外第二步 elementData[size++] = e 设置值的操作同样会导致线程不安全。从这儿可以看出，这步操作也不是一个原子操作，它由如下两步操作构成：

elementData[size] = e;
size = size + 1;

在单线程执行这两条代码时没有任何问题，但是当多线程环境下执行时，可能就会发生一个线程的值覆盖另一个线程添加的值，具体逻辑如下：

• 列表大小为0，即size=0
• 线程A开始添加一个元素，值为A。此时它执行第一条操作，将A放在了elementData下标为0的位置上。
• 接着线程B刚好也要开始添加一个值为B的元素，且走到了第一步操作。此时线程B获取到size的值依然为0，于是它将B也放在了elementData下标为0的位置上。
• 线程A开始将size的值增加为1
• 线程B开始将size的值增加为2

这样线程AB执行完毕后，理想中情况为size为2，elementData下标0的位置为A，下标1的位置为B。而实际情况变成了size为2，elementData下标为0的位置变成了B，下标1的位置上什么都没有。并且后续除非使用set方法修改此位置的值，否则将一直为null，因为size为2，添加元素时会从下标为2的位置上开始。

演示

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * @Description
 * @Auther sty
 * @createTime 2018/9/18 上午10:36
 */
public class Test11 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final List list = new ArrayList();

        // 线程A将0-1000添加到list
        new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 1000 ; i++) {
                    list.add(i);

                    try {
                        Thread.sleep(1);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }).start();

        // 线程B将1000-2000添加到列表
        new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                for (int i = 1000; i < 2000 ; i++) {
                    list.add(i);

                    try {
                        Thread.sleep(1);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }).start();

        Thread.sleep(1000);

        // 打印所有结果
        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            System.out.println("第" + (i + 1) + "个元素为：" + list.get(i));
        }
    }
}

结果

第12个元素为：1005
第13个元素为：6
第14个元素为：7
第15个元素为：1006
第16个元素为：null
第17个元素为：1007
第18个元素为：9
第19个元素为：1008