Java深入学习31：ArrayList并发异常以及解决方案

Posted 2020-12-16 我不吃番茄

Java深入学习31：ArrayList并发异常以及解决方案

先看一个ArrayList多线程的下的案例。

　　该案例会出现一些异常的情况,，期中有两个异常需要留意　

public class ArrayListConcurrentTest {

    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(()->{
                list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,8));
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "	" +list);
            }).start();
        }
    }
}

----------------------------------------日志1---------------------------------------------

Thread-2 [null, 6237f3be]
Thread-0 [null, 6237f3be]
Thread-1 [null, 6237f3be]
main [null, 6237f3be]

----------------------------------------日志2---------------------------------------------

java.util.ConcurrentModificationException
at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:901)
at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:851)
at java.util.AbstractCollection.toString(AbstractCollection.java:461)
at java.lang.String.valueOf(String.java:2994)
at java.lang.StringBuilder.append(StringBuilder.java:131)
at colleaction.ArrayListConcurrentTest.lambda$main$0(ArrayListConcurrentTest.java:22)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

　　1- 出现了list元素为null和元素"丢失"的情况，这个不是我们期望的。

　　　　原因：首先 ArrayList 的 add 方法不是线程安全的。对于其中的 elementData[size++] = e操作，分为size++和数组赋值两步操作，假设线程1执行了size++后(此时size=1，index=0)，CPU时间片挂起；线程2进来执行size++和数组赋值(此时size=2，index=1)；线程1获取到CPU时间片，执行数组赋值(此时size=2，index=1)；那么久出现了线程1和线程2同时对index=1进行了赋值，并导致index=0没有被赋值的情况

##ArrayList类
    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }
    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);
    }
    private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

 　　2- 出现ConcurrentModificationExceptionThread异常

　　　　原因：我们在执行日志输出 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " +list) 时；使用的ArratLIst的Iterator的迭代器获取list的每个元素；每迭代会实例化一个Iterator对象，其中有个变量预期修改次数 expectedModCount 默认等于list的修改次数 modCount；每次使用Iterator.next()迭代遍历list时，都需要进行checkForComodification判断(判断modCount != expectedModCount)；多线程下，会出现一种情况，线程1在遍历list；与此同时，线程2在修改list(导致modCount++)；那么线程1在便利获取元素时会出现checkForComodification失败的情况，此时抛出ConcurrentModificationException异常。

##ArrayList类
    public Iterator<E> iterator() {
        return new Itr();
    }
##ArrayList类的内部类Itr 
 private class Itr implements Iterator<E> {
        int expectedModCount = modCount;
        public boolean hasNext() {
            return cursor != size;
        }

        @SuppressWarnings("unchecked")
        public E next() {
            checkForComodification();
            ......
        }

        final void checkForComodification() {
            if (modCount != expectedModCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }    

如何处理ArrayList异常

　　1- 使用Vector；

　　　　Vector类整体来说是线程安全；因为Vector对add以及内部的Iterator.next方法都加了 synchronized 关键字；其中add方法锁的是Vector示例对象，内部类Iterator.next()中锁的是Vector.this(其实就是Vector类当前的实例)；所以这里add()方法和Iterator.next()方法互斥，不会出现ConcurrentModificationException异常。

##Vector类
    public synchronized boolean add(E e) {
        modCount++;
        ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
        elementData[elementCount++] = e;
        return true;
    }
##Vector类中的内部类Itr 类
    private class Itr implements Iterator<E> {
        int expectedModCount = modCount;

        public E next() {
            synchronized (Vector.this) {
                checkForComodification();
                int i = cursor;
                if (i >= elementCount)
                    throw new NoSuchElementException();
                cursor = i + 1;
                return elementData(lastRet = i);
            }
        }

    }

　　2- 使用Collections.synchronizedList(new ArrayList<>())

　　3- 使用 CopyOnWriteArrayList

END