使用 ArrayList() 的多线程得到 ArrayIndexOutOfBoundsException [重复]

Question

我编写了以下代码来通过非线程安全对象（这里是ArrayList）运行多个线程：

import java.time.LocalDateTime;
import java.util.List;
import java.util.ArrayList;

public class A implements Runnable {
    String name;

    static  List<Integer> list = new ArrayList();
    private static Object lock = new Object();

    A(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void run() {
        for(int i = 1; i <= 1000; i++) {
            list.add(i);
        }
        System.out.println(list.size());
    }
}

我期待这段代码只是产生错误的答案，因为ArrayList 不是线程安全的。但是我得到了这个错误：

Exception in thread "Thread-1" 1003
2401
2799
3799
java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 109
    at java.util.ArrayList.add(Unknown Source)
    at threads.A.run(A.java:16)5123

    at java.lang.Thread.run(Unknown Source)
Exception in thread "Thread-5" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 4164
    at java.util.ArrayList.add(Unknown Source)
    at threads.A.run(A.java:16)
    at java.lang.Thread.run(Unknown Source)
6123

谁能向我解释导致此特定错误的原因？

Answer 1

ArrayList 不是线程安全类。

元素的基础存储是Object[]，它是一个数组。任何数组都需要在编译时预定义的内存分配空间。但是，当ArrayList“想要”添加新元素（超出底层数组绑定）时，必须做几件事（在您不知情的情况下）。底层数组获得一个新的（增加的）长度。旧数组的每个元素都被复制到新数组中，和然后添加新元素。因此，当ArrayList 用于多线程环境时，您可以期待ArrayIndexOutOfBoundsException 异常。

您添加元素的速度太快，因此ArrayList#add() -> grow() -> newCapacity() 无法计算正确的容量来为所有进入的元素分配内存。

private void add(E e, Object[] elementData, int s) {
    if (s == elementData.length)
        elementData = grow();
    elementData[s] = e;
    size = s + 1;
}

在某个时间点，ArrayList#add 内的条件 s == elementData.length 表示有一个空间用于新元素 A。紧接着其他线程将它们的元素放入列表中。现在A 没有空间了，elementData[s] = e; 抛出异常。

Answer 2

嗯，您在多线程环境中使用非线程安全集合，没有任何同步。

让我们检查add 方法，您会在其中得到异常：

/**
 * Appends the specified element to the end of this list.
 *
 * @param e element to be appended to this list
 * @return <tt>true</tt> (as specified by {@link Collection#add})
 */
public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

当多个线程同时调用该方法时，很有可能ensureCapacityInternal(size + 1)验证有足够的空间容纳1个新元素，但随后多个线程尝试同时添加一个元素，所以elementData[size++]为其中一些抛出ArrayIndexOutOfBoundsException。