ArrayList#contains 上的 ArrayIndexOutOfBounds（多线程）

Question

我最近遇到了一个意外错误（在不是我的代码中）导致ArrayList#contains 上的ArrayIndexOutOfBoundsException。这里的相关代码如下。

private static final List<String> list = new ArrayList<>();

static void register() {
    update();
    new Timer().schedule(new TimerTask() {
        @Override
        public void run() {
            update();
        }
    }, 0, 21600000);
}

private static void update() {
    list.clear();
    new Thread(() -> {
        List<String> other; //should always be the same length.
        list.addAll(other);
    }).start();
}

public static boolean contains(String string) { //called long after register
    return list.contains(string); //throws ArrayIndexOutOfBounds
}

我很清楚ArrayList 不是线程安全的，它可以用Collections#synchronizedList 之类的东西来修复。我的问题是了解这个特定代码是如何抛出 ArrayIndexOutOfBoundsException 的。

异常的堆栈跟踪标识ArrayList#indexOf 中的以下代码。

for (int i = 0; i < size; i++)
    if (o.equals(elementData[i])) //here
        return i;

在我看来，这只有在size 大于elementData.length 时才会发生。据我了解，ArrayList#clear 实际上并没有减少后备数组的长度。对addAll 的调用应该只会增加其容量，并且size 总是在阵列扩展后更新。我不明白这怎么可能处于size 大于数组容量的状态。

我注意到一个特别的细节是Timer 的延迟为0，这意味着update() 被快速连续调用两次。我最好的猜测是 addAll 调用在某种程度上重叠，这使得列表中出现某种混合无效状态。

如果有人能解释这里发生了什么，那就太好了！

Answer 1

如果没有适当的同步，则无法保证来自一个线程的哪些更改在另一个线程中可见。

无保证意味着如果线程 A 更改 elementData 和 size，线程 B 看到：

• 没有任何变化
• 更新的size，但旧的elementData
• 更新的elementData，但旧的size
• 两个值都更新了，但elementData的内容没有更新

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至于为什么会发生这种情况（请参阅Wikipedia:Java Memory Model 的简短介绍）：

在现代计算机中，主存相对较慢，因此在主存和执行当前线程的 CPU 内核之间存在多级缓存。

线程 A 可能会在 CPU 寄存器或多个高速缓存之一中保持对 size 和 elementData 的更新，并在稍后的某个时间（甚至在这些字段的不同时间）更新主内存 - 只要内容的正确性线程 A 不受影响。由于不会发生同步，因此无需考虑多线程的正确性 - 线程 A 就像它是访问这些字段的唯一线程一样工作。

类似地，线程 B 可以将size 和elementData 保存在 CPU 寄存器或缓存中，或者它可以根据需要从主内存中更新一个或两个（可能是保存size 的缓存行已被刷新，需要从主内存重新加载size）。由于没有同步发生，线程 B 假设没有其他线程更改这些字段，因此缓存值始终与主内存中的值相同。