ArrayList源碼和多線程安全問題分析

更新時間：2019年05月29日 11:34:31 作者：NULL

這篇文章主要介紹了ArrayList源碼和多線程安全問題，文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價值，下面小編和大家一起來學(xué)習(xí)一下吧

1.ArrayList源碼和多線程安全問題分析

在分析ArrayList線程安全問題之前，我們線對此類的源碼進(jìn)行分析，找出可能出現(xiàn)線程安全問題的地方，然后代碼進(jìn)行驗(yàn)證和分析。

1.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

ArrayList內(nèi)部是使用數(shù)組保存元素的，數(shù)據(jù)定義如下：

transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

在ArrayList中此數(shù)組即是共享資源，當(dāng)多線程對此數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的時候如果不進(jìn)行同步控制，即有可能會出現(xiàn)線程安全問題。

1.2 add方法可能出現(xiàn)的問題分析

首先我們看一下add的源碼如下：

public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1);
elementData[size++] = e;
return true;
}

此方法中有兩個操作，一個是數(shù)組容量檢查，另外就是將元素放入數(shù)據(jù)中。我們先看第二個簡單的開始分析，當(dāng)多個線程執(zhí)行順序如下所示的時候，會出現(xiàn)最終數(shù)據(jù)元素個數(shù)小于期望值。

按照此順序執(zhí)行完之后，我們可以看到，elementData[n]的只被設(shè)置了兩次，第二個線程設(shè)置的值將前一個覆蓋，最后size=n+1。下面使用代碼進(jìn)行驗(yàn)證此問題。

1.3 代碼驗(yàn)證

首先先看下以下代碼，開啟1000個線程，同時調(diào)用ArrayList的add方法，每個線程向ArrayList中添加100個數(shù)字，如果程序正常執(zhí)行的情況下應(yīng)該是輸出：

list size is :10000

代碼如下：

private static List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
private static ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(1000);
private static class IncreaseTask extends Thread{
@Override
public void run() {
System.out.println("ThreadId:" + Thread.currentThread().getId() + " start!");
for(int i =0; i < 100; i++){
list.add(i);
}
System.out.println("ThreadId:" + Thread.currentThread().getId() + " finished!");
}
}
public static void main(String[] args){
for(int i=0; i < 1000; i++){
executorService.submit(new IncreaseTask());
}
executorService.shutdown();
while (!executorService.isTerminated()){
try {
Thread.sleep(1000*10);
}catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("All task finished!");
System.out.println("list size is :" + list.size());
}

當(dāng)執(zhí)行此main方法后，輸出如下：

從以上執(zhí)行結(jié)果來看，最后輸出的結(jié)果會小于我們的期望值。即當(dāng)多線程調(diào)用add方法的時候會出現(xiàn)元素覆蓋的問題。

1.4 數(shù)組容量檢測的并發(fā)問題

在add方法源碼中，我們看到在每次添加元素之前都會有一次數(shù)組容量的檢測，add中調(diào)用此方法的源碼如下：

ensureCapacityInternal(size + 1);

容量檢測的相關(guān)源碼如下：

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}

容量檢測的流程圖如下所示：

我們以兩個線程執(zhí)行add操作來分析擴(kuò)充容量可能會出現(xiàn)的并發(fā)問題：
當(dāng)我們新建一個ArrayList時候，此時內(nèi)部數(shù)組容器的容量為默認(rèn)容量10，當(dāng)我們用兩個線程同時添加第10個元素的時候，如果出現(xiàn)以下執(zhí)行順序，可能會拋出java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException異常。

第二個線程往數(shù)組中添加數(shù)據(jù)的時候由于數(shù)組容量為10，而此操作往index為10的位置設(shè)置元素值，因此會拋出數(shù)組越界異常。

1.5 代碼驗(yàn)證數(shù)組容量檢測的并發(fā)問題

使用如下代碼：

private static List<Integer> list = new ArrayList<Integer>(3);
private static ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10000);
private static class IncreaseTask extends Thread{
@Override
public void run() {
System.out.println("ThreadId:" + Thread.currentThread().getId() + " start!");
for(int i =0; i < 1000000; i++){
list.add(i);
}
System.out.println("ThreadId:" + Thread.currentThread().getId() + " finished!");
}
}
public static void main(String[] args){
new IncreaseTask().start();
new IncreaseTask().start();
}

執(zhí)行main方法后，我們可以看到控制臺輸出如下：