浅谈Java中ArrayList线程不安全怎么办

ArrayList线程不安全怎么办？

有三种解决方法：

使用对应的 Vector 类，这个类中的所有方法都加上了 synchronized 关键字

• 就和 HashMap 和 HashTable 的关系一样

使用 Collections 提供的 synchronizedList 方法，将一个原本线程不安全的集合类转换为线程安全的，使用方法如下：

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

其实 HashMap 也可以用这招：

Map<String, String> map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());

这个看上去有点东西，其实也是给每个方法加上一个 synchronized，不过不是直接加在方法上，而是加在方法内部，只有当线程获取到 mutex 这个对象的锁，才能进入代码块：

public E get(int index) {
    synchronized (mutex) {
        return list.get(index);
    }
}

使用 JUC 包下提供的 CopyOnWriteArrayList 类

• 其实 ConcurrentHashMap 也是 JUC 包下的

这里具体讨论一下 CopyOnWriteArrayList 这个类，它采用了“写时复制”的技术，也就是说，每当要往这个 list 中添加元素时，并不是直接就添加了，而是会先复制一份 list，然后在这个复制中添加元素，最后再修改指针的指向，看看 add 的源码：

public boolean add(E e) {
    synchronized (lock) {
        //得到当前的数组
        Object[] es = getArray();
        int len = es.length;
        //复制一份并扩容
        es = Arrays.copyOf(es, len + 1);
        //把新元素添加进去
        es[len] = e;
        //修改指针的指向
        setArray(es);
        return true;
    }
}

有人可能会疑惑，这有什么意义，这不也加了 synchronized 吗，而且还要复制数组，这**不是比 Vector 还要烂吗？

确实是这样的，在写操作比较多的场景下，CopyOnWriteArrayList 确实比 Vector 还要慢，但它有两个优势：

虽然写操作烂了，但读操作快了很多，因为在 vector 中，读操作也是需要锁的，而在这里，读操作就不需要锁了，get 方法比较短可能不便于理解，我们看看 indexOf 这个方法：

public int indexOf(Object o) {
    Object[] es = getArray();
    return indexOfRange(o, es, 0, es.length);
}
private static int indexOfRange(Object o, Object[] es, int from, int to) {
    if (o == null) {
        for (int i = from; i < to; i++)
            if (es[i] == null)
                return i;
    } else {
        //****here****
        for (int i = from; i < to; i++)
            if (o.equals(es[i]))
                return i;
    }
    return -1;
}

可以发现，这个方法先把当前数组 array 交给了 es 这个变量，后续的所有操作都是基于 es 进行的（此时 array 和 es 都指向内存中的同一份数组 a1）

由于所有写操作都是在 a1 的拷贝上进行的（我们把内存中的这份拷贝称为 a2），因此不会影响到那些正在 a1 上进行的读操作，并且就算写操作执行完毕了，array 指向了 a2，也不会影响到 es 这个数组，因为 es 指向的还是 a1

试想，如果 vector 的读操作不加锁会出现什么情况？由于 vector 中所有的读写操作都是基于同一个数组的，因此虽然读操作一开始拿到的数组是没问题的，但在后续遍历的过程中（比如上面代码标注了 here 的地方），很可能出现其他线程对数组进行了修改，夸张点说，如果有个线程把数组给清空了，那么读操作就肯定会报错了，而对于 CopyOnWriteArrayList 来说，就算有清空的操作，那也是在 a2 上进行的，而读操作还是在 a1 上进行，不会有任何影响

在 forEach 遍历一个 vector 时，是不允许对 vector 进行修改的，会报出 ConcurrentModificationException 这个异常，理由很简单，因为只有一份数组，要是遍历到一半有其它线程把数组清空了不就出问题了吗，因此 java 干脆就直接禁止这种遍历时修改数组的行为了，但对于 CopyOnWriteArrayList 来说，它的遍历是一直在 a1 上进行的，其它写线程只能修改到 a2，这对 a1 是没有任何影响的，我们看一段代码来验证一下：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        CopyOnWriteArrayList<Integer> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            list.add(i);
        }
        //遍历时把数组清空
        for (Integer i : list) {
            System.out.println(i);
            list.clear();
        }
    }
}

结果是没有报错，并且完整输出了 0~999 所有的数字，可见这里遍历的就是最开始的那个数组 a1，期间哪怕有再多的写操作也不会影响到 a1，因为所有的写操作都是在 a2 a3 a4 上进行的
综上所述，CopyOnWriteArrayList 的优点有两个：

• 读操作不需要锁，因此读读可以并发，读写也能并发，性能较好
• forEach 遍历时也不需要锁（其实遍历也算是一种读操作吧），主要是遍历时数组可以被修改，不会报错（因为遍历的是 a1，改的是 a2 a3，对 a1 不会有影响）

但它的缺点也很明显，主要有两点：

• 首先，写操作的内存消耗非常大，每次修改数组都会进行一次拷贝，如果数组比较大或者修改次数比较多，很快就会消耗掉大量内存，触发 GC，因此在写多的场景下一定要慎用这个类
• 其次，所有读操作和 forEach 遍历都是基于旧数组 a1 的，就算遍历途中新增了一个很重要的数据，这个数据也是在 a2 中，遍历 a1 是无法得到这个数据的，总之就是，所有的读操作一旦开始，就无法再感知到最新的那些数据

可以发现一个有趣的事情，就是成也旧数组，败也旧数组，正因为所有读取都是基于旧数组 a1 的，因此可以不加锁就大胆进行，不怕有线程把数组改了，因为改动都是在 a2 a3 上的，跟 a1 没有关系，但也正因为所有读取都是基于旧数组 a1 的，因此一旦读取操作开始，就算有线程在数组中加入了一个很重要的数据，这个读取操作也是感知不到这个最新的数据的，因为这个最新的数据只会在 a2 中有

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