在学习java基础多线程时,我们学习过synchronize,synchronized同步块使用了monitorenter和monitorexit指令实现同步,这两个指令,本质上都是对一个对象的监视器(monitor)进行获取,这个过程是排他的,也就是说同一时刻只能有一个线程获取到由synchronized所保护对象的监视器。
下面写一个不安全的arraylist例子
:code
console
源码:
分析:在使用add方法时,最终会走到grow方法,当执行grow方法中的copyOf时,会返回一个新的elementData对象,如果此时有两个线程t1,t2同时执行了grow方法,会生成两个不同的elementData对象。如果t1先先返回,list.elementData == t1.elementData,然后t2返回时,list.elementData == t2.elementData。导致了数据的丢失。
讲的可能不是很懂,还可以看这段理解。链接:https://www.jianshu.com/p/19a631400864
这样就出现了第一个导致线程不安全的隐患,在多个线程进行add操作时可能会导致elementData数组越界。具体逻辑如下:
ArrayList 默认数组大小为 10。假设现在已经添加进去 9 个元素了,size = 9。
线程 A 执行完 add 函数中的ensureCapacityInternal(size + 1)挂起了。
线程 B 开始执行,校验数组容量发现不需要扩容。于是把 "b" 放在了下标为 9 的位置,且 size 自增 1。此时 size = 10。
线程 A 接着执行,尝试把 "a" 放在下标为 10 的位置,因为 size = 10。但因为数组还没有扩容,最大的下标才为 9,所以会抛出数组越界异常 ArrayIndexOutOfBoundsException
另外第二步 elementData[size++] = e 设置值的操作同样会导致线程不安全。从这里可以看出,这步操作也不是一个原子操作,它由如下两步操作构成:
elementData[size] = e;
size = size + 1;
在单线程执行这两条代码时没有任何问题,但是当多线程环境下执行时,可能就会发生一个线程的值覆盖另一个线程添加的值,具体逻辑如下:
列表大小为0,即size=0
线程A开始添加一个元素,值为A。此时它执行第一条操作,将A放在了elementData下标为0的位置上。
接着线程B刚好也要开始添加一个值为B的元素,且走到了第一步操作。此时线程B获取到size的值依然为0,于是它将B也放在了elementData下标为0的位置上。
线程A开始将size的值增加为1
线程B开始将size的值增加为2
这样线程AB执行完毕后,理想中情况为size为2,elementData下标0的位置为A,下标1的位置为B。而实际情况变成了size为2,elementData下标为0的位置变成了B,下标1的位置上什么都没有。并且后续除非使用set方法修改此位置的值,否则将一直为null,因为size为2,添加元素时会从下标为2的位置上开始。
理解了为什么ArrayList不安全后(HashMap和HashSet同理),我们就要找解决方案了。
1.使用Vector(通过synchronized)
2.使用CopyOnWriteArrayList(通过Lock)
3.使用Collections.synchronizedList(使用synchronize)
小白重学多线程,如果有什么错误希望大佬指出O(∩_∩)O!