Java ArrayList 类中的数据竞争答案

【问题标题】：Data race in Java ArrayList classJava ArrayList 类中的数据竞争
【发布时间】：2010-10-01 05:09:00
【问题描述】：

我正在阅读有关 CopyOnWriteArrayList 的信息，并且想知道如何在 ArrayList 类中演示数据竞争。基本上，我试图模拟ArrayList 失败的情况，因此有必要使用CopyOnWriteArrayList。关于如何模拟的任何建议。

【问题讨论】：

标签： java multithreading

【解决方案1】：

竞争是两个（或更多）线程尝试对共享数据进行操作，最终输出取决于访问数据的顺序（并且该顺序是不确定的）

来自维基百科：

竞态条件或竞态危害是电子系统或流程中的缺陷，其中流程的输出和/或结果出乎意料地严重依赖于其他事件的顺序或时间。该术语起源于两个信号相互竞争以首先影响输出的想法。

例如：

public class Test  {
    private static List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>();

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ExecutorService e = Executors.newFixedThreadPool(5);
        e.execute(new WriterTask());
        e.execute(new WriterTask());
        e.execute(new WriterTask());
        e.execute(new WriterTask());
        e.execute(new WriterTask());

        e.awaitTermination(20, TimeUnit.SECONDS);
    }

    static class WriterTask implements Runnable {

        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 25000; i ++) {
                list.add("a");
            }
        }
    }
}

然而，这在使用ArrayList 和ArrayIndexOutOfbounds 时会失败。这是因为在插入之前应该调用ensureCapacity(..) 以确保内部数组可以保存新数据。这就是发生的事情：

第一个线程调用add(..)，然后又调用ensureCapacity(currentSize + 1)
在第一个线程实际增加大小之前，第二个线程也调用ensureCapacity(currentSize + 1)。
因为两者都读取了currentSize的初始值，所以内部数组的新大小为currentSize + 1
这两个线程进行了昂贵的操作，将旧数组复制到具有新大小的扩展数组中（不能同时容纳两个添加）
然后他们每个人都尝试将新元素分配给array[size++]。第一个成功，第二个失败，因为内部数组没有正确扩展，由于rece条件。

发生这种情况是因为两个线程试图同时在同一个结构上添加项目，并且其中一个的添加覆盖了另一个的添加（即第一个丢失了）

CopyOnWriteArrayList 的另一个好处

多个线程写入ArrayList
一个线程迭代ArrayList。它肯定会得到ConcurrentModificationException

演示方法如下：

public class Test  {
    private static List<String> list = new ArrayList<String>();

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ExecutorService e = Executors.newFixedThreadPool(2);
        e.execute(new WriterTask());
        e.execute(new ReaderTask());
    }

    static class ReaderTask implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                for (String s : list) {
                    System.out.println(s);
                }
            }
        }
    }

    static class WriterTask implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            while(true) {
                list.add("a");
            }
        }
    }
}

如果你多次运行这个程序，你通常会得到ConcurrentModificationException在你得到OutOfMemoryError之前。

如果换成CopyOnWriteArrayList，不会出现异常（但是程序很慢）

请注意，这只是一个演示 - CopyOnWriteArrayList 的好处是读取次数远远超过写入次数。

【讨论】：

@Mark - 但问题是关于多线程的，这个异常（顾名思义）本质上是“多线程的”。
好像我不太明白。你能告诉我数据竞争是如何引起的吗？

【解决方案2】：

例子：

for (int i = 0; i < array.size(); ++i) {
    Element elm = array.get(i);
    doSomethingWith(elm);
}

如果另一个线程在这个线程调用array.get(i)之前调用了array.clear()，但是在它比较了i和array.size()之后，-> ArrayIndexOutOfBoundsException。

【讨论】：

【解决方案3】：

两个线程，一个递增arraylist，一个递减。数据竞赛可能发生在这里。

【讨论】：