ArrayList源码和多线程安全问题分析

genedna 发布于2019-08-15 11:58 / 1061人阅读

摘要：源码和多线程安全问题分析在分析线程安全问题之前，我们线对此类的源码进行分析，找出可能出现线程安全问题的地方，然后代码进行验证和分析。即当多线程调用方法的时候会出现元素覆盖的问题。

1.ArrayList源码和多线程安全问题分析

在分析ArrayList线程安全问题之前，我们线对此类的源码进行分析，找出可能出现线程安全问题的地方，然后代码进行验证和分析。

1.1 数据结构

ArrayList内部是使用数组保存元素的，数据定义如下：

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

在ArrayList中此数组即是共享资源，当多线程对此数据进行操作的时候如果不进行同步控制，即有可能会出现线程安全问题。

1.2 add方法可能出现的问题分析

首先我们看一下add的源码如下：

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

此方法中有两个操作，一个是数组容量检查，另外就是将元素放入数据中。我们先看第二个简单的开始分析，当多个线程执行顺序如下所示的时候，会出现最终数据元素个数小于期望值。

按照此顺序执行完之后，我们可以看到，elementData[n]的只被设置了两次，第二个线程设置的值将前一个覆盖，最后size=n+1。下面使用代码进行验证此问题。

1.3 代码验证

首先先看下以下代码，开启1000个线程，同时调用ArrayList的add方法，每个线程向ArrayList中添加100个数字，如果程序正常执行的情况下应该是输出：

list size is :10000

代码如下：

private static List list = new ArrayList();

    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());
    }

当执行此main方法后，输出如下：

从以上执行结果来看，最后输出的结果会小于我们的期望值。即当多线程调用add方法的时候会出现元素覆盖的问题。

1.4 数组容量检测的并发问题

在add方法源码中，我们看到在每次添加元素之前都会有一次数组容量的检测，add中调用此方法的源码如下：

ensureCapacityInternal(size + 1);

容量检测的相关源码如下：

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);
}

容量检测的流程图如下所示：

我们以两个线程执行add操作来分析扩充容量可能会出现的并发问题：
当我们新建一个ArrayList时候，此时内部数组容器的容量为默认容量10，当我们用两个线程同时添加第10个元素的时候，如果出现以下执行顺序，可能会抛出java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException异常。

第二个线程往数组中添加数据的时候由于数组容量为10，而此操作往index为10的位置设置元素值，因此会抛出数组越界异常。

1.5 代码验证数组容量检测的并发问题

使用如下代码：

private static List list = new ArrayList(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();
    }

执行main方法后，我们可以看到控制台输出如下：

1.6 ArrayList中其他方法说明

ArrayList中其他包含对共享变量操作的方法同样会有并发安全问题，只需要按照以上的分析方法分析即可。

云服务器 GPU云服务器异步调用和多线程安全问题深度分析 ArrayList源码 java线程问题

文章版权归作者所有，未经允许请勿转载,若此文章存在违规行为，您可以联系管理员删除。

转载请注明本文地址：https://www.ucloud.cn/yun/67638.html

CopyOnWriteArrayList你都不知道，怎么拿offer？

摘要：今天主要讲解的是本文力求简单讲清每个知识点，希望大家看完能有所收获一和回顾线程安全的和我们知道是用于替代的，是线程安全的容器。使用迭代器遍历时不需要显示加锁，看看与方法的实现可能就有点眉目了。前言只有光头才能变强 showImg(https://segmentfault.com/img/remote/1460000016931828?w=1120&h=640); 前一阵子写过一篇C...

noONE 2019-08-16 13:37 评论0 收藏0
Java 常用List集合使用场景分析

摘要：常用集合使用场景分析过年前的最后一篇，本章通过介绍，，，底层实现原理和四个集合的区别。和都是线程安全的，不同的是前者使用类，后者使用关键字。面试官会认为你是一个基础扎实，内功深厚的人才到这里常用集合使用场景分析就结束了。 Java 常用List集合使用场景分析过年前的最后一篇，本章通过介绍ArrayList，LinkedList，Vector，CopyOnWriteArrayList...

godruoyi 2019-08-16 11:03 评论0 收藏0
非常硬核的技术知识-CopyOnWrite思想

摘要：而且只要他更新完毕对修饰的变量赋值，那么读线程立马可以看到最新修改后的数组，这是保证的。这个时候，就采用了思想来实现这个，避免更新的时候阻塞住高频的读操作，实现无锁的效果，优化线程并发的性能。今天聊一个非常硬核的技术知识，给大家分析一下CopyOnWrite思想是什么，以及在Java并发包中的具体体现，包括在Kafka内核源码中是如何运用这个思想来优化并发性能的。这个CopyOnW...

amc 2019-08-16 17:28 评论0 收藏0
学习Java必读的10本书籍

摘要：学习编程的本最佳书籍这些书涵盖了各个领域，包括核心基础知识，集合框架，多线程和并发，内部和性能调优，设计模式等。擅长解释错误及错误的原因以及如何解决简而言之，这是学习中并发和多线程的最佳书籍之一。 showImg(https://segmentfault.com/img/remote/1460000018913016); 来源 | 愿码(ChainDesk.CN)内容编辑愿码Slo...

masturbator 2019-08-16 16:46 评论0 收藏0