new ArrayList () 会创建一个容量为10的Object数组,ArrayList每次扩容是原来的一半(oldCapacity + (oldCapacity >> 1)),ArrayList是线程不安全的。

ArrayList线程不安全的代码

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.UUID;

/**
 * ArrayList线程不安全的代码
 */
public class ArrayListNoSafe {
    public static void main(String[] args) {
        listNotSafe();
    }

    private static void listNotSafe() {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 40; i++) {
            new Thread(() -> {
                list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0, 5));
                System.out.println(list);
            }, String.valueOf(i)).start();
        }
    }

    //运行出现 ConcurrentModificationException 异常
}

从多个维度进行分析

1) 故障现象

java.util.ConcurrentModifitionException (并发修改异常)

2) 导致原因

多个线程并发同时争取同一份资源,从而导致并发修改异常

3) 解决办法

3-1) 解决办法1,使用 Vector

    private static void listNotSafe() {
        List<String> list = new Vector<>();
        for (int i = 0; i < 40; i++) {
            new Thread(() -> {
                list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0, 5));
                System.out.println(list);
            }, String.valueOf(i)).start();
        }
    }

问题: 已经存在了 Vector ,那为什么还要用 ArrayList ?

答: Vector 是线程安全的,也没有出现 并发修改异常(ConcurrentModifictionException),然而代价是加了 Synchronized (锁),数据一致性提高了,但是并发性降低了,所以ArrayList 和 Vector 效率提高了。

3-2)解决办法2,使用 Collections.synchronizedList(new ArrayList());

    private static void listNotSafe() {
        List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
        for (int i = 0; i < 40; i++) {
            new Thread(() -> {
                list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0, 5));
                System.out.println(list);
            }, String.valueOf(i)).start();
        }
    }

通过 Collections的 synchronizedMap , synchronizedSet 反向可以推断出 HashMap 和 HashSet 是线程不安全的

3-3) 解决办法3,使用 CopyOnWriteArrayList --写时复制技术

    private static void listNotSafe() {
        List<String> list = new CopyOnWriteArrayList();
        for (int i = 0; i < 40; i++) {
            new Thread(() -> {
                list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0, 5));
                System.out.println(list);
            }, String.valueOf(i)).start();
        }
    }

CopyOnWriteArrayList 类写时复制原理

    final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
 
    public boolean add(E e) {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            Object[] elements = getArray();
            int len = elements.length;
            Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
            newElements[len] = e;
            setArray(newElements);
            return true;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

copyOnWrtie 容器即写时复制的容器,往容器中添加元素的时候,不直接往当前容器 object[] 添加,而是先将当前容器 object [] 进行copy复制出一个新的容器 object [] newElements;

然后向 newElements 中添加元素,添加完元素后,再将原容器的引用指向新容器 setArray(new Elements)

这样做的好处是可以对 copyonwrite 容器进行并发的读,而不需要加锁,因为当前容器不会添加任何元素,所以 copyonwrite容器也是一种读写分离的思想,读和写不同的容器。

4),优化建议

在高并发的环境下建议使用 copyonWriteArrayList来使线程安全

5),扩展

HashSet,HashMap也是线程不安全的,是否会出现ArrayList的问题呢?

    public static void main(String[] args) {
        setNotSafe();
    }
 
    private static void setNotSafe() {
        Set<String> set = new HashSet<>();
        for (int i = 0; i < 40; i++) {
            new Thread(() -> {
                set.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0, 5));
                System.out.println(set);
            }, String.valueOf(i)).start();
        }
    }

也会出现 java.util.ConcurrentModifiction 并发修改异常 ,HashMap同理

HashSet底层是HashMap key为存入的值,而value 存储的是常量 private static final Object PRESENT = new Object();

HashSet 解决办法 可以使用 CopyOnWriteArraySet

同理 HashMap也是线程不安全的 解决办法是使用 ConcurrentHashMap 来解决