ArrayList 线程不安全
一、为什么ArrayList线程不安全
源码分析-这个类所拥有的部分属性字段
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
/**
* 列表元素集合数组
* 如果新建ArrayList对象时没有指定大小，那么会将EMPTY_ELEMENTDATA赋值给elementData，
* 并在第一次添加元素时，将列表容量设置为DEFAULT_CAPACITY
*/
transient Object[] elementData;
/**
* 列表大小，elementData中存储的元素个数
*/
private int size;
}
所以通过这两个字段我们可以看出，ArrayList的实现主要就是用了一个Object的数组，用来保存所有的元素，以及一个size变量用来保存当前数组中已经添加了多少元素。
源码分析-最重要的add操作
public boolean add(E e) {
/**
* 添加一个元素时，做了如下两步操作
* 1.判断列表的capacity容量是否足够，是否需要扩容
* 2.真正将元素放在列表的元素数组里面
*/
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
ensureCapacityInternal()它的作用就是判断如果将当前的新元素加到列表后面，列表的elementData数组的大小是否满足，如果size + 1的这个需求长度大于了elementData这个数组的长度，那么就要对这个数组进行扩容。
由此看到add元素时，实际做了两个大的步骤：
- 判断elementData数组容量是否满足需求
- 在elementData对应位置上设置值
这样也就出现了2种线程不安全隐患：
一、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：
- 列表大小为9，即size=9
- 线程A开始进入add方法，这时它获取到size的值为9，调用ensureCapacityInternal方法进行容量判断。
- 线程B此时也进入add方法，它获取到size的值也为9，也开始调用ensureCapacityInternal方法。
- 线程A发现需求大小为10，而elementData的大小就为10，可以容纳。于是它不再扩容，返回。
- 线程B也发现需求大小为10，也可以容纳，返回。
- 线程A开始进行设置值操作， elementData[size++] = e 操作。此时size变为10。
- 线程B也开始进行设置值操作，它尝试设置elementData[10] = e，而elementData没有进行过扩容，它的下标最大为9。于是此时会报出一个数组越界的异常ArrayIndexOutOfBoundsException。
二、elementData[size++] = e 设置值的操作同样会导致线程不安全。从这儿可以看出，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。
二、ArrayList线程不安全为什么还要使用
这个ArrayList比线程安全的Vector效率高。Vector较ArrayList增加了sync锁，并发差。
三、如何解决线程不安全？
- 使用synchronized关键字或Vector类
- 使用Collections.synchronizedList();
- 使用CopyOnWriteArrayList来替换ArrayList;【写时复制】
CopyOnWriteArrayList为什么能解决这个问题呢？CopyOnWrite容器即写时复制的容器。往一个容器添加元素时，不直接往当前容器Object[]添加，而是先将当前容器Object[]进行copy，复制出一个新的容器Object[] newElements，然后新的容器newElements里添加元素，之后再将原容器的引用指向新容器setArray(newElements)，这个过程是需要并发写，需要加锁，这样做的好处是可以对CopyOnWrite容器进行并发读，而不需要加锁，因为当前容器不会添加任何元素。所以CopyOnWrite容器也是一种读写分离的思想，读和写在不同容器进行。 CopyOnWrite容器只能保证数据的最终一致性，不能保证数据的实时一致性。
public boolean add(E e) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
newElements[len] = e;
setArray(newElements);
return true;
} finally {
lock.unlock();
}
}
CopyOnWriteArrayList注意事项
- CopyOnWriteArrayList不能使用Iterator.remove()进行删除。
- CopyOnWriteArrayList使用Iterator且使用List.remove(Object);会出现如下异常： java.lang.UnsupportedOperationException。
- CopyOnWriteArraySet底层数据结构还是用的CopyOnWriteArrayList
我们只需要记住一句话，那就是CopyOnWriteArrayList是线程安全的，所以我们在多线程的环境下面需要去使用这个就可以了。
额外说下 ArrayList与LinkedList；这两个都是接口List下的一个实现，用法都一样，但用的场所的有点不同，ArrayList适合于进行大量的随机访问的情况下使用，LinkedList适合在表中进行插入、删除时使用，二者都是非线程安全，解决方法同上。
