Java深入學習31：ArrayList並發異常以及解決方案

Java深入學習31：ArrayList並發異常以及解決方案

先看一個ArrayList多線程的下的案例。

　　該案例會出現一些異常的情況,，期中有兩個異常需要留意　

public class ArrayListConcurrentTest {

    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(()->{
                list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0,8));
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" +list);
            }).start();
        }
    }
}

----------------------------------------日志1---------------------------------------------

Thread-2 [null, 6237f3be]
Thread-0 [null, 6237f3be]
Thread-1 [null, 6237f3be]
main [null, 6237f3be]

----------------------------------------日志2---------------------------------------------

java.util.ConcurrentModificationException
at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:901)
at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:851)
at java.util.AbstractCollection.toString(AbstractCollection.java:461)
at java.lang.String.valueOf(String.java:2994)
at java.lang.StringBuilder.append(StringBuilder.java:131)
at colleaction.ArrayListConcurrentTest.lambda$main$0(ArrayListConcurrentTest.java:22)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

　　1- 出現了list元素為null和元素"丟失"的情況，這個不是我們期望的。

　　　　原因：首先 ArrayList 的 add 方法不是線程安全的。對於其中的 elementData[size++] = e操作，分為size++和數組賦值兩步操作，假設線程1執行了size++后(此時size=1，index=0)，CPU時間片掛起；線程2進來執行size++和數組賦值(此時size=2，index=1)；線程1獲取到CPU時間片，執行數組賦值(此時size=2，index=1)；那么久出現了線程1和線程2同時對index=1進行了賦值，並導致index=0沒有被賦值的情況

##ArrayList類
    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e; return true;
    }
    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);
    }

 　　2- 出現ConcurrentModificationExceptionThread異常

　　　　原因：我們在執行日志輸出 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" +list) 時；使用的ArratLIst的Iterator的迭代器獲取list的每個元素；每迭代會實例化一個Iterator對象，其中有個變量預期修改次數 expectedModCount 默認等於list的修改次數 modCount；每次使用Iterator.next()迭代遍歷list時，都需要進行checkForComodification判斷(判斷modCount != expectedModCount)；多線程下，會出現一種情況，線程1在遍歷list；與此同時，線程2在修改list(導致modCount++)；那么線程1在便利獲取元素時會出現checkForComodification失敗的情況，此時拋出ConcurrentModificationException異常。

##ArrayList類
    public Iterator<E> iterator() {
        return new Itr();
    }
##ArrayList類的內部類Itr 
 private class Itr implements Iterator<E> {
        int expectedModCount = modCount;
        public boolean hasNext() {
            return cursor != size;
        }

        @SuppressWarnings("unchecked")
        public E next() {
            checkForComodification();
            ......
        }

        final void checkForComodification() {
            if (modCount != expectedModCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }    

如何處理ArrayList異常

　　1- 使用Vector；

　　　　Vector類整體來說是線程安全；因為Vector對add以及內部的Iterator.next方法都加了 synchronized 關鍵字；其中add方法鎖的是Vector示例對象，內部類Iterator.next()中鎖的是Vector.this(其實就是Vector類當前的實例)；所以這里add()方法和Iterator.next()方法互斥，不會出現ConcurrentModificationException異常。

##Vector類
    public synchronized boolean add(E e) {
        modCount++;
        ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
        elementData[elementCount++] = e;
        return true;
    }
##Vector類中的內部類Itr 類
    private class Itr implements Iterator<E> {
        int expectedModCount = modCount;

        public E next() {
            synchronized (Vector.this) {
                checkForComodification();
                int i = cursor;
                if (i >= elementCount)
                    throw new NoSuchElementException();
                cursor = i + 1;
                return elementData(lastRet = i);
            }
        }

    }

　　2- 使用Collections.synchronizedList(new ArrayList<>())

　　3- 使用 CopyOnWriteArrayList

END