多线程场景下使用 ArrayList，这几点一定要注意！

布满荆棘的人生 2022-10-16 08:44 197阅读 0赞

ArrayList 不是线程安全的，这点很多人都知道，但是线程不安全的原因及表现，怎么在[多线程情况下使用ArrayList][ArrayList]，可能不是很清楚，这里总结一下。

1.  源码分析  
    [查看 ArrayList 的 add][ArrayList] 操作源码如下：  
    /\*\*
    
     *  Appends the specified element to the end of this list.
     *  
     *  @param e element to be appended to this list
     *  @return true (as specified by \{@link Collection\#add\})  
        */  
        public boolean add(E e) \{  
        　　　　 // 判断列表的capacity容量是否足够，是否需要扩容  
        ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!  
        // 将元素添加进列表的元素数组里面  
        　　　　 elementData\[size++\] = e;  
        return true;  
        \}  
        源码中涉及的几个元素及方法定义如下：  
        /*\*
     *  Default initial capacity.  
        \*/  
        private static final int DEFAULT\_CAPACITY = 10;

/\*\*  
　　 \* 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;

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 > )
            grow(minCapacity);
    }
    
    private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        if (newCapacity - minCapacity < )
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > )
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

通过源码可以看出：ArrayList的实现主要就是用了一个Object的数组，用来保存所有的元素，以及一个size变量用来保存当前数组中已经添加了多少元素。  
执行add方法时，主要分为两步：  
首先[判断elementData数组容量][ArrayList]是否满足需求——》判断如果将当前的新元素加到列表后面，列表的elementData数组的大小是否满足，如果size + 1的这个需求长度大于了elementData这个数组的长度，那么就要对这个数组进行扩容；  
之后在elementData对应位置上设置元素的值。  
2. 线程不安全的两种体现  
2.1 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：  
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][ArrayList]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.  
2.2 元素值覆盖和为空问题  
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。  
3. 代码示例  
如下，通过两个线程对ArrayList添加元素，复现上面的两种不安全情况。  
import java.util.ArrayList;  
import java.util.List;

public class ArrayListSafeTest \{

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
        final List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
        // 线程A将1-1000添加到列表
        new Thread(new Runnable() {
    
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 1; i < 1000; i++) {
                    list.add(i);
    
                    try {
                        Thread.sleep(1);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
    
            }
    
        }).start();
        
        // 线程B将1001-2000添加到列表
        new Thread(new Runnable() {
    
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 1001; 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 = ; i < list.size(); i++) {
            System.out.println("第" + (i + 1) + "个元素为：" + list.get(i));
        }
    }

\}  
执行过程中，两种情况出现如下：  
![在这里插入图片描述][20210528160517548.png]  
![在这里插入图片描述][20210528160522827.png]

1.  ArrayList线程安全处理  
    4.1 Collections.synchronizedList  
    最常用的方法是通过 Collections 的 synchronizedList 方法将 ArrayList 转换成线程安全的容器后再使用。

List list =Collections.synchronizedList(new ArrayList);  
4.2 为list.add()方法加锁  
synchronized(list.get()) \{list.get().add(model);\}  
4.3 CopyOnWriteArrayList  
使用线程安全的 CopyOnWriteArrayList 代替线程不安全的 ArrayList。

List list1 = new CopyOnWriteArrayList();  
4.4 使用ThreadLocal  
使用ThreadLocal变量确保线程封闭性(封闭线程往往是比较安全的， 但由于使用ThreadLocal封装变量，相当于把变量丢进执行线程中去，每new一个新的线程，变量也会new一次，一定程度上会造成性能\[内存\]损耗，但其执行完毕就销毁的机制使得ThreadLocal变成比较优化的并发解决方案)。

ThreadLocal<List<Object>> threadList = new ThreadLocal<List<Object>>() { 
        @Override
        protected List<Object> initialValue() { 
              return new ArrayList<Object>();
        }
    };

完整实例：[http://github.crmeb.net/u/defu][ArrayList]

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[ArrayList]: http://github.crmeb.net/u/defu
[20210528160517548.png]: /images/20221014/f93371146cbd444f801fb554aaea8dab.png
[20210528160522827.png]: /images/20221014/f1db14fe598a4a068fe38f33065e32a6.png
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