ArryList线程安全问题以及解决方案

arrayList是一个线程不安全的集合,在多线程情况下可能会引起数据不一致、数组越界等问题。下面具体列一下多线程情况下ArrayList会出现什么错误.

1.java.util.ConcurrentModificationException

 ConcurrentModificationException 中文意思就是并发修改异常，存在于并发使用 Iterator 时出现的时候.

在多线程的情况下,一个线程在使用Iterator进行遍历,另一个线程往集合里面新增了一条数据,就有可能会出现这个错误.

原因:ArrayList中存放了一个属性modCount记录了集合被修改的次数,在创建迭代器(Iterator)时会将modCount赋值到迭代器的expectedModCount属性中,迭代器调用next()方法时判断modCoun是否等于expectedModCount,如果不等于则抛出ConcurrentModificationException异常。

迭代器next方法源码:

public E next() {
            checkForComodification();
            int i = cursor;
            if (i >= size)
                throw new NoSuchElementException();
            Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
            if (i >= elementData.length)
                throw new ConcurrentModificationException();
            cursor = i + 1;
            return (E) elementData[lastRet = i];
        }

判断的方法是:checkForComodification

        final void checkForComodification() {
            if (modCount != expectedModCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
        }

可以看出checkForComodification方法校验了两个属性是否相等,不相等会抛出异常。

多线程情况下出现创建完迭代器后，其他线程往集合里面添加了数据modCount加1,导致modCount与expectedModCount不相等,导致报错。

2.出现NULL问题和元素值覆盖

多线程情况下，会发现调用add方法没有传null的情况,但是输出集合内容时发现存在null值。

ArrayList list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 300; i++) {
            new Thread(() -> {
                if (list.isEmpty()) {
                    list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0, 8));
                    System.out.println(list);
                    list.iterator();

                }
            }, i + "").start();

        }

这个问题是add方法引起的问题。

看下add方法的源码:

    public boolean add(E e) {
        //扩容
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        //赋值
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

在网上搜索了一下相关问题,有的说是应为扩容所导致的,有的说是赋值使用size++导致的，经过分析个人任务是使用size++导致的。因为size++是非原子性的,多线程情况下会出现问题。

elementData[size++] = e;可为两步

1.给索引位置赋值

2.size加1

如果现在有两个线程a,b，size为5，a线程读到索引位值时，将值赋值到这个位置，这时cpu时间片让出，b线程读到的size也是5(因为a线程没有执行加1操作就将时间片让出来了)，b线程将值赋值到size=5这个位置,然后size加1。这个时候a线程恢复cpu时间片，size再加1。这样，a线程和b线程都赋值到了size=5这个位置，索引位置值变成了a线程赋值的值，b线程的值被覆盖了，但是size却加了2次，最后size经过两次加1变成了7，size=6这个这个下标的值就会为null.

ArrayList底层的数据结构是数组,数组里面对应下标没有值就是null.

举例:

        Integer[] elementData = new Integer[22];
        int size = 0;
        for (int i = 0; i< 10; i++) {
            elementData[size] = i;
            size = size + 2;
        }
        System.out.println(Arrays.toString(elementData));

 

3.数组下标越界问题

数组越界异常 ArrayIndexOutOfBoundsException

由于ArrayList添加元素是如上面分两步进行，可以看出第一个不安全的隐患，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：

1. 列表大小为9，即size=9
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 线程B也发现需求大小为10，也可以容纳，返回。
6. 线程A开始进行设置值操作， elementData[size++] = e 操作。此时size变为10。
7. 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.