ArrayList 为什么说是线程不安全的

本文深入探讨了ArrayList在多线程环境下为何会出现线程不安全的问题,通过源码分析揭示了add方法的工作机制,以及在并发操作下可能导致的数据错误。

ArrayList 为什么说是线程不安全的

这就要从ArrayList的数据结构和源码分析了。关键点是,ArrayList的add的方法不是线程安全的。还是带大家大致看下源码吧!

//添加元素 复写了接口List里面的方法,这个方法没有任何的锁,也没有看到cas
public boolean add(E e) {  
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!! // 增加修改记录方法
        elementData[size++] = e;
        return true;
}

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
		
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
  			//如果是开始空的数据,这时需要将list的大小设置为10个
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        return minCapacity;
}
//这里面就不看了,无非就是扩扩容
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}

分析

ArrayList方法添加方法是非线程安全的,添加操作可以简单理解为两个步骤

  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,索引为4,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线程读到的索引位置也是4,将size加1。这个时候a线程恢复cpu时间片,size加1。这样,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,这样取值的时候自然就取到了空值。
这样的话大家Git到 为啥说ArrayList 是线程不安全的了嘛?

提供测试代码

public class ArrayListTest {
    @Test
    public void test() {
        List<Person> personList = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 9; i++) {
            int finalI = i;
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    Person person = new Person();
                    person.setAge(finalI);
                    person.setName("name" + finalI);
                    personList.add(person);
                }
            }
            ).start();
        }
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        print(personList);
    }

    public void print(List<Person> personList) {
        System.out.println(personList.size());
        personList.forEach(item -> {
            if (item == null) {
                System.out.println("值" + item);
            }
        });
    }
}
### Java ArrayList 线程安全性原因 `ArrayList` 是一种动态数组实现,支持高效的随机访问和灵活的大小调整功能。然而,它的线程安全性主要源于以下几个方面: #### 1. **全局变量未加锁** 在 `ArrayList` 的内部实现中,存储元素的核心是一个名为 `elementData` 的数组以及记录当前容量的整型变量 `size`[^4]。这两个成员变量均为实例级别的共享状态,并且没有任何同步机制保护它们的修改过程。因此,在多线程环境下,如果多个线程同时尝试读取或写入这些变量,则可能导致数据竞争。 #### 2. **复合操作非原子化** 某些常见的列表操作实际上是由一系列基本步骤组成的复杂动作。例如向 `ArrayList` 添加新元素时,会涉及以下几步: - 检查是否有足够的空间容纳新增项; - 如果必要则扩展底层数组尺寸; - 将指定对象存放到特定索引处; - 增量更新计数器 `size`。 上述流程中的任意一步都可能被其他并发运行的任务打断甚至篡改,从而破坏整体一致性[^5]。 ### 解决方法 针对以上提到的问题,可以采取多种策略来保障 `ArrayList` 在高并发条件下的正常运作: #### 方法一:使用 synchronized 关键字手动控制 开发者可以在调用任何可能会改变集合内容的方法之前加上显式的锁定语句。这种方式简单直接但也容易引入死锁风险或者降低性能表现。 #### 方法二:采用 Vector 或 Collections.synchronizedList() Java 标准库已经提供了一些内置的支持同步特性的容器类型,像 `Vector` 类就是其中之一;另外还可以利用工具类 `Collections` 提供的一个静态工厂函数创建经过封装后的版本——即所谓的“同步包装器”。 #### 方法三:选用更高级别的并发友好型集合 对于那些确实存在大量并行计算需求的应用程序来,推荐考虑来自 `java.util.concurrent` 包内的选项,比如前面提及过的 `CopyOnWriteArrayList` 。这类专门设计用于应对高度争抢场景的产品通常具备更好的稳定性和效率特性[^1]。 ```java // 使用 CopyOnWriteArrayList 替代普通 ArrayList import java.util.List; import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList; public class Example { public static void main(String[] args) { List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>(); // 并发安全地添加元素 list.add("Element"); } } ``` 尽管如此,需要注意的是每种解决方案都有各自的优缺点,具体选型还需依据项目实际状况权衡利弊后再做定夺[^2]。
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