JAVA并发编程篇---ArrayList为什么线程不安全

1 测试代码：

package org.lgx.bluegrass.bluegrasscoree.util.tooldemo;import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;/*** @Description TODO* @Date 2022/1/7 10:21* @Author lgx* @Version 1.0*/
public class ThreadList {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {List<String> lists= new ArrayList<>();CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(10);for (int i=0 ;i<10;i++){new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {for (int j=0;j<100;j++){try {Thread.sleep(1);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}lists.add(String.valueOf(j));}countDownLatch.countDown();}}).start();}countDownLatch.await();System.out.println(lists.size());for (int i = 0; i < lists.size(); i++) {System.out.println(lists.get(i));}}
}

2 出现问题：
当多线程同时对集合进行元素添加就很大程度出现下面问题:
问题（1）数组下标越界：

问题（2） 数组长度问题：

问题（3）：数组元素问题：

3 问题出现原因 add() 方法多线程有问题：

/*** 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) {// 这个方法用于进行数组扩容ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!// 这个方法用于存放数据elementData[size++] = e;return true;
}

ensureCapacityInternal：


问题1数组下标越界：
初始集合长度为10，假如：当前集合长度为9；线程A进行add增加元素发现当前数组长度可以放下新元素，在 elementData[size++] = e;之前线程B 进行add 增加元素因为此时集合的长度依然为9发现当前数组长度可以放下新元素，所以也不进行扩容，也走到
elementData[size++] = e; 这个时候线程A 放入了新元素，这个时候集合的长度为10 最大的下标为9；当线程B 执行 elementData[size++] = e; 在下标为10的地方放入要增加的元素，出现数组下标越界；

问题2的长度问题和问题3的元素数据问题：
elementData[size++] = e;
时间上为以下几个步骤

• elementData[size] = e;
  size++在cpu执行时又分为三个阶段：
• 先将 size所在内存的值加载到寄存器；
• 将寄存器的值自增1；
• 将寄存器中的值写回内存。

假如此时size为7
当线程A 执行elementData[7] = e;后，在size++前 线程B 进入也执行elementData[7] = e;
这个时候线程B的元素覆盖线程A 的元素，当线程A和B 都执行了size++，实际上只放入了一个元素，此时的size为9，而后续再有线程进行add 添加元素操作，会在最新的下,9放入元素，所以下标为8的位置元素就为null；
如果当线程A和B 都执行了size++ 这个非原子的自增操作后，两个线程各自对当前的长度7进行加1 则此时虽然线程进行了两次add操作但是只添加进去了一个元素，即后面的线程B覆盖了前面线程A的值；

4 那么多线程是怎么使用arrayList?
4.1，用vector类
　vector类的add方法：
Vector lists= new Vector<>(); 替换 List lists= new ArrayList<>();
原理：
　　Vector类 是可以实现自动增长的对象数组，其add操作是用synchronized关键字修饰的，从而保证了add方法的线程安全。保证了数据的一致性，但由于加锁导致访问性能大大降低。
　　
4.2，使用Collections工具类
List lists= Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());替换 List lists= new ArrayList<>();
原理：用synchronized关键字修饰的

用Collections工具类将线程不安全的ArrayList类转换为线程安全的集合类。小体量数据的ArrayList类可以使用这种方法创建线程安全的类。

4.3，使用CopyOnWriteArrayList类（写时复制，读写分离）
使用：CopyOnWriteArrayList lists = new CopyOnWriteArrayList<>();
替换 List lists= new ArrayList<>();

原理：CopyOnWriteArrayList的整个add操作都是在锁的保护下进行的。
这样做是为了避免在多线程并发add的时候，复制出多个副本出来,把数据搞乱了，导致最终的数组数据不是我们期望的。

public boolean add(E e) {//1、先加锁final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lock();try {Object[] elements = getArray();int len = elements.length;//2、拷贝数组Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);//3、将元素加入到新数组中newElements[len] = e;//4、将array引用指向到新数组setArray(newElements);return true;} finally {//5、解锁lock.unlock();}
}

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