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出场率比较高的一道多线程安全面试题

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 osc_odyg6b92
发布于 2018/07/13 09:21
字数 675
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这个问题是 Java 程序员面试经常会遇到的吧。

工作一两年的应该都知道 ArrayList 是线程不安全的,要使用线程安全的就使用 Vector,这也是各种 Java 面试宝典里面所提及的,可能很多工作好几年的程序员都停留在这个知识面上。

先说说为什么 ArrayList 是线程不安全的吧,来看以下的代码。

/**
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 */
public class TestArrayList {

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

	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			testList();
			list.clear();
		}
	}

	private static void testList() throws InterruptedException {
		Runnable runnable = () -> {
			for (int i = 0; i < 10000; i++) {
				list.add(i);
			}
		};

		Thread t1 = new Thread(runnable);
		Thread t2 = new Thread(runnable);
		Thread t3 = new Thread(runnable);

		t1.start();
		t2.start();
		t3.start();

		t1.join();
		t2.join();
		t3.join();

		System.out.println(list.size());
	}

}

这是它的输出结果,我们期望的结果应该都是:30000,然后并不是,这就是传说中的多线程并发问题了。

Exception in thread "Thread-1" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 15786
	at java.base/java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:468)
	at java.base/java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:480)
	at com.test.thread.TestArrayList.lambda$testList$0(TestArrayList.java:23)
	at java.base/java.lang.Thread.run(Thread.java:844)
20332
16100
14941
23749
15631
22118
27417
30000
28691
27843

现象分析

从以上结果可以总结出 ArrayList 在并发情况下会出现的几种现象。

1、发生 ArrayIndexOutOfBoundsException 异常;

private void add(E e, Object[] elementData, int s) {
    if (s == elementData.length)
        elementData = grow();
    elementData[s] = e;
    size = s + 1;
}

定位到异常所在源代码,毫无疑问,问题是出现在多线程并发访问下,由于没有同步锁的保护,造成了 ArrayList 扩容不一致的问题。

2、程序正常运行,输出了少于实际容量的大小;

这个也是多线程并发赋值时,对同一个数组索引位置进行了赋值,所以出现少于预期大小的情况。

3、程序正常运行,输出了预期容量的大小;

这是正常运行结果,未发生多线程安全问题,但这是不确定性的,不是每次都会达到正常预期的。

解决方案

既然这样,那么在高并发情况下,使用什么样的列表集合保护线程安全呢?回到文章最开始的地方,使用 Vector,还有别的吗?当然有,篇幅有限,请各位看官期待后续文章。

另外,像 HashMap, HashSet 等都有类似多线程安全问题,在多线程并发环境下避免使用这种集合。

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