Java MultiThreading 行为解释

Question

我正在学习 Java 多线程。我写了一小段代码并产生了一些我无法理解的输出。请帮忙解释一下。 下面贴出代码。

package com.java.learn;

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

public class ListTestWithMultiThread {
    static final List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();

    public static void main(String[] args) {

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 1; i <= 100; i++) {
                    list.add(Integer.valueOf(i));
                }
                System.out.println("List size at thread 0 : " + list.size());
            }
        }).start();

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 101; i <= 200; i++) {
                    list.add(Integer.valueOf(i));
                }
                System.out.println("List size at thread 1 : " + list.size());
            }
        }).start();
    }
}

各种运行中的一些 o/p： 线程 0 的列表大小：134 线程 1 的列表大小：200

Exception in thread "Thread-1" List size at thread 0 : 101
java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 17
    at java.util.ArrayList.add(Unknown Source)
    at com.java.learn.ListTestWithMultiThread$2.run(ListTestWithMultiThread.java:25)
    at java.lang.Thread.run(Unknown Source)

    List size at thread 0 : 106
Exception in thread "Thread-1" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 58
    at java.util.ArrayList.add(Unknown Source)
    at com.java.learn.ListTestWithMultiThread$2.run(ListTestWithMultiThread.java:25)
    at java.lang.Thread.run(Unknown Source)

Answer 1

您正在访问的数据结构 (list) 不是为并行并发访问而设计的，但未对其进行保护（例如，通过 synchronized）。这最终会破坏数据结构的内部结构，导致出现异常行为等奇怪行为。

这里有两种方法来处理它：

1. 使用并发数据结构：

List<Integer> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<Integer>());

1. 使用synchronized 保护列表：

   synchronized(list) {
         list.add(Integer.valueOf(i));
   }
   

编辑：既然您要求这样做，那么ArrayList 是如何损坏的。 ArrayList 由一个数组支持，该数组在列表增长时必须调整大小。这里调整大小意味着分配一个新的、更大的数组，并将旧数组的内容复制到新数组。以下是 the code 的部分内容：

int oldCapacity = elementData.length;
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
...
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);

现在想象以下情况：线程 A 开始调整数组大小，它计算新容量并开始复制第 4 行中的数据。但在它可以将新数组的引用复制到 elementData 之前，它会因任何原因停止（这事儿常常发生）。现在线程 B 开始调整数组大小并完成。然后它将更多值插入到列表中并再次调整数组大小并完成。线程 B 现在假定列表足够大以容纳新值，但在插入该值之前，线程 A 唤醒并使用它创建的较小数组的引用覆盖 elementData。线程 B 现在尝试将一个值插入到较小的数组中并获得一个ArrayIndexOutOfBoundsException。这一切都不太可能发生，但正如您所见，它可能会发生。

Answer 2

您正在从两个不同的线程访问list 变量，而没有任何同步（锁定）。这将导致未定义的行为。

您可能想尝试将列表声明替换为以下内容：

static final List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList());

另一种选择是使用Vector 而不是ArrayList。 Vector 是实现List 接口的同步集合。

Answer 3

• ArrayList 不是线程安全的。 ArrayList 实现已备份 通过一个数组。有关联的大小变量ArrayList。每当我们 将任何元素添加到 ArrayList 它首先确保它的容量，然后 向数组中添加元素。数组列表的什么状态可见 每个线程未定义，因为您共享非线程安全 两个线程之间的实现。

• 如果你先启动任何线程，不要假设它会完成它 先做任务。没有预测的行为。

Answer 4

我认为错误是出站而不是 java.util.ConcurrentModificationException 要了解输出，您应该首先了解 arraylist 在内部的工作。当您添加 arraylist 时，内部会发生什么。 ArrayList 的大小如何动态增长？

在 add(Object) 里面，你会发现下面的代码

 public boolean add(E e)

{

     ensureCapacity(size+1);
     elementData[size++] = e;         
     return true;
}

从上面的代码中需要注意的重要一点是，在添加元素之前，我们正在检查 ArrayList 的容量。 ensureCapacity() 确定当前占用元素的大小以及数组的最大大小。如果填充元素的大小（包括要添加到 ArrayList 类的新元素）大于数组的最大大小，则增加数组的大小。但是数组的大小不能动态增加。所以内部发生的事情是使用容量创建新数组。

所以在你的情况下你的 线程 1 和线程 2 尝试并成功同时添加元素，幸运的是没有同步错误。直到 Arraylist 已满，现在两个线程都创建了 2 个不同的新数组。假设它的线程 1，其中一个线程获胜以更改对其新创建的数组的引用。现在线程 2 尝试复制新引用数组的所有元素，不幸的是他不知道数组的大小变化，因此重新计算数组的大小并尝试在不存在的数组顶部。因此抛出异常超出范围。

如果我理解错了，请纠正我。