ArrayList 不是線程安全的，這點(diǎn)很多人都知道，但是線程不安全的原因及表現(xiàn)，怎么在多線程情況下使用ArrayList，可能不是很清楚，這里總結(jié)一下。

1. 源碼分析

查看 ArrayList 的 add 操作源碼如下：

/** ? ? * 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) {　　　　 ?// 判斷列表的capacity容量是否足夠，是否需要擴(kuò)容 ? ? ? ?ensureCapacityInternal(size + 1); ?// Increments modCount!! ? ? ? ?// 將元素添加進(jìn)列表的元素?cái)?shù)組里面　　　　 ?elementData[size++] = e; ? ? ? ?return true; ? ?}

源碼中涉及的幾個(gè)元素及方法定義如下：

? ? ?/** ? ? * Default initial capacity. ? ? */ ? ?private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

　　 ?/**　　 ?* 列表元素集合數(shù)組

 ? ? * 如果新建ArrayList對(duì)象時(shí)沒(méi)有指定大小，那么會(huì)將EMPTY_ELEMENTDATA賦值給elementData，

? ? * 并在第一次添加元素時(shí)，將列表容量設(shè)置為DEFAULT_CAPACITY 　　　*/ ? ?transient Object[] elementData;

? ?/**　　 *列表大小，elementData中存儲(chǔ)的元素個(gè)數(shù)　　 */ ? ?private int size;

?　private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { ? ? ? ?if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { ? ? ? ? ? ?minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); ? ? ? ?}

? ? ? ?ensureExplicitCapacity(minCapacity); ? ?}

? ?private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) { ? ? ? ?modCount++;

? ? ? ?// overflow-conscious code ? ? ? ?if (minCapacity - elementData.length > 0) ? ? ? ? ? ?grow(minCapacity); ? ?}

? ?private void grow(int minCapacity) { ? ? ? ?// overflow-conscious code ? ? ? ?int oldCapacity = elementData.length; ? ? ? ?int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); ? ? ? ?if (newCapacity - minCapacity < 0) ? ? ? ? ? ?newCapacity = minCapacity; ? ? ? ?if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) ? ? ? ? ? ?newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); ? ? ? ?// minCapacity is usually close to size, so this is a win: ? ? ? ?elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); ? ?}

通過(guò)源碼可以看出：ArrayList的實(shí)現(xiàn)主要就是用了一個(gè)Object的數(shù)組，用來(lái)保存所有的元素，以及一個(gè)size變量用來(lái)保存當(dāng)前數(shù)組中已經(jīng)添加了多少元素。

執(zhí)行add方法時(shí)，主要分為兩步：

首先判斷elementData數(shù)組容量是否滿足需求——》判斷如果將當(dāng)前的新元素加到列表后面，列表的elementData數(shù)組的大小是否滿足，如果size + 1的這個(gè)需求長(zhǎng)度大于了elementData這個(gè)數(shù)組的長(zhǎng)度，那么就要對(duì)這個(gè)數(shù)組進(jìn)行擴(kuò)容；?
之后在elementData對(duì)應(yīng)位置上設(shè)置元素的值。

2. 線程不安全的兩種體現(xiàn)

2.1?數(shù)組越界異常?ArrayIndexOutOfBoundsException

由于ArrayList添加元素是如上面分兩步進(jìn)行，可以看出第一個(gè)不安全的隱患，在多個(gè)線程進(jìn)行add操作時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致elementData數(shù)組越界。

具體邏輯如下：

列表大小為9，即size=9
線程A開(kāi)始進(jìn)入add方法，這時(shí)它獲取到size的值為9，調(diào)用ensureCapacityInternal方法進(jìn)行容量判斷。
線程B此時(shí)也進(jìn)入add方法，它獲取到size的值也為9，也開(kāi)始調(diào)用ensureCapacityInternal方法。
線程A發(fā)現(xiàn)需求大小為10，而elementData的大小就為10，可以容納。于是它不再擴(kuò)容，返回。
線程B也發(fā)現(xiàn)需求大小為10，也可以容納，返回。
線程A開(kāi)始進(jìn)行設(shè)置值操作， elementData[size++] = e 操作。此時(shí)size變?yōu)?0。
線程B也開(kāi)始進(jìn)行設(shè)置值操作，它嘗試設(shè)置elementData[10] = e，而elementData沒(méi)有進(jìn)行過(guò)擴(kuò)容，它的下標(biāo)最大為9。于是此時(shí)會(huì)報(bào)出一個(gè)數(shù)組越界的異常ArrayIndexOutOfBoundsException.

2.2 元素值覆蓋和為空問(wèn)題

elementData[size++] = e 設(shè)置值的操作同樣會(huì)導(dǎo)致線程不安全。

從這兒可以看出，這步操作也不是一個(gè)原子操作，它由如下兩步操作構(gòu)成：

elementData[size] = e;size = size + 1;

在單線程執(zhí)行這兩條代碼時(shí)沒(méi)有任何問(wèn)題，但是當(dāng)多線程環(huán)境下執(zhí)行時(shí)，可能就會(huì)發(fā)生一個(gè)線程的值覆蓋另一個(gè)線程添加的值，具體邏輯如下：

列表大小為0，即size=0
線程A開(kāi)始添加一個(gè)元素，值為A。此時(shí)它執(zhí)行第一條操作，將A放在了elementData下標(biāo)為0的位置上。
接著線程B剛好也要開(kāi)始添加一個(gè)值為B的元素，且走到了第一步操作。此時(shí)線程B獲取到size的值依然為0，于是它將B也放在了elementData下標(biāo)為0的位置上。
線程A開(kāi)始將size的值增加為1
線程B開(kāi)始將size的值增加為2

這樣線程AB執(zhí)行完畢后，理想中情況為size為2，elementData下標(biāo)0的位置為A，下標(biāo)1的位置為B。

而實(shí)際情況變成了size為2，elementData下標(biāo)為0的位置變成了B，下標(biāo)1的位置上什么都沒(méi)有。

并且后續(xù)除非使用set方法修改此位置的值，否則將一直為null，因?yàn)閟ize為2，添加元素時(shí)會(huì)從下標(biāo)為2的位置上開(kāi)始。

3. 代碼示例

如下，通過(guò)兩個(gè)線程對(duì)ArrayList添加元素，復(fù)現(xiàn)上面的兩種不安全情況。

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

public class ArrayListSafeTest {

? ?public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

? ? ? ?final Listlist = new ArrayList(); ? ? ? ?// 線程A將1-1000添加到列表 ? ? ? ?new Thread(new Runnable() {

? ? ? ? ? ?@Override ? ? ? ? ? ?public void run() { ? ? ? ? ? ? ? ?for (int i = 1; i < 1000; i++) { ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?list.add(i);

? ? ? ? ? ? ? ? ? ?try { ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?Thread.sleep(1); ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?} catch (InterruptedException e) { ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?e.printStackTrace(); ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?} ? ? ? ? ? ? ? ?}

? ? ? ? ? ?}

? ? ? ?}).start(); ? ? ? ?// 線程B將1001-2000添加到列表 ? ? ? ?new Thread(new Runnable() {

? ? ? ? ? ?@Override ? ? ? ? ? ?public void run() { ? ? ? ? ? ? ? ?for (int i = 1001; i < 2000; i++) { ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?list.add(i);

? ? ? ? ? ?}

? ? ? ?}).start(); ? ? ? ?Thread.sleep(1000);

? ? ? ?// 打印所有結(jié)果 ? ? ? ?for (int i = 0; i < list.size(); i++) { ? ? ? ? ? ?System.out.println("第" + (i + 1) + "個(gè)元素為：" + list.get(i)); ? ? ? ?} ? ?}}

執(zhí)行過(guò)程中，兩種情況出現(xiàn)如下：

4. ArrayList線程安全處理

4.1 Collections.synchronizedList

最常用的方法是通過(guò) Collections 的 synchronizedList 方法將ArrayList 轉(zhuǎn)換成線程安全的容器后再使用。

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

4.2 為list.add()方法加鎖

synchronized(list.get()) {list.get().add(model);}

4.3?CopyOnWriteArrayList

使用線程安全的 CopyOnWriteArrayList 代替線程不安全的 ArrayList。

List<Object> list1 = new CopyOnWriteArrayList<Object>();

4.4?使用ThreadLocal

使用ThreadLocal變量確保線程封閉性(封閉線程往往是比較安全的，但由于使用ThreadLocal封裝變量，相當(dāng)于把變量丟進(jìn)執(zhí)行線程中去，每new一個(gè)新的線程，變量也會(huì)new一次，一定程度上會(huì)造成性能[內(nèi)存]損耗，但其執(zhí)行完畢就銷毀的機(jī)制使得ThreadLocal變成比較優(yōu)化的并發(fā)解決方案)。

ThreadLocalObject>> threadList = new ThreadLocalObject>>() { ? ?@Override ? ?protected List<Object> initialValue() { ? ? ? ? ?return new ArrayList<Object>(); ? ?}};

多線程場(chǎng)景下使用 ArrayList，這幾點(diǎn)一定要注意！