java arraylist对应的线程安全容器 arraylist线程安全么

一下详细分析原因

官方曰，线程安全就是多线程访问时，采⽤了加锁机制，当⼀个线程访问该类的某个数据时，进⾏保护，其他线程不能进⾏访问直到该线程读取完，其他线程才可使⽤。不会出现数据不⼀致或者数据污染。线程不安全就是不提供数据访问保护，有可能出现多个线程先后更改数据造成所得到的数据是脏数据。说白了，线程安全就是多个线程修改同一个变量的时候，修改的结果需要和单线程修改的结果相同。如果修改的结果和预期不符，那就是线程不安全。

代码例子：

结果为0，为什么不是1？

解释：因为for循环里新增了一个新的线程，来负责向list里add一个元素。但是我们打印的list.size 是主线程。如果在新的线程 new Thread 没执行完add 方法， 主线程就执行打印的代码，那么就是 0啊 。所以就是说，主线程等一等，让 for循环里面的新的线程 new Thread 先插入数据。

可以看到结果与期望值1是一致的。

情况①：

正常运行的情况，可以看到 10个线程 不争不抢 ：

情况②：

多个线程抢占资源，有竞争，（仅仅对于往list塞数据这个动作来说）

情况③：

出现 ‘不安全’情况了 ，多线程操作 ArrayList 导致出现 add赋值 出现 null

出现 null 情景分析 ，先看看源码：

Object[] elementData : 保存所有元素值的 数组

size : elementData中存储的元素个数

再看看 add 函数的源码 ：

ensureExplicitCapacity

将当前的新元素加到列表后面，判断列表的 elementData 数组的大小是否满足。如果 size + 1 的这个需求长度大于 elementData 这个数组的长度，那么就要对这个数组进行扩容。

elementData[size++] = e ：

e是传入的值， 把这个值赋值在 elementData数组的 size++ 位置 。

很显然，这两步没有和在一块操作。

也就说如果出现这个扩容的触发和后面赋值并发情况 ，那么就有不安全问题产生。

ArrayList是基于数组实现，数组大小一旦确定就无法更改。

ArrayList的扩容： 将旧数组容器的元素拷贝到新大小的数组中(Arrays.copyOf函数)。

通过new ArrayList<>()实例的对象初始化的大小是0，所以第一次插入就肯定会触发扩容。如下代码：

那什么时候DEFAULT_CAPACITY = 10 默认值起作用呢？其实官方有注释：

添加第一个元素时，任何elementData==DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA的空ArrayList都将扩展为DEFAULT_CAPACITY。

第一个数据是 null （其实应该称为 执行扩容操作，并发导致出现null值 ）分析 ：

第一个线程A 插入数据时属于首次add ，发现需要扩容 ， 线程A 去扩容去了。

然后 我们是多线程操作场景， for循环第二次，触发new第二个线程B来了，线程B去add的时候，因为线程A第一次扩容可能并没完成,所以导致线程B 扩容所拿到list的elementDate是旧的，并不是线程A第一次扩容后对象， 线程B 拿到的 size还是 0 ，所以线程B 也认为自己是第一次add ，也需要扩容。

想一下 A 、B 线程的并发 一起进入扩容场景：

那么线程A 是第一次add的时候，他知道他要去扩容，他自己扩容完，自己整了个list的新elementDate ，然后 就开始赋值 elementDate[size++] = A的UUID值。

在线程A这个操作的过程中，线程 B 在做什么？

线程 B一开始 不巧也是以为要扩容，他拿着一个旧的 list的elementDate 也整了一个新的数组 ，

然后把 整个 list的 elementDate 引用指向 B线程自己弄出来的对象

this.elementData = B新构建的对象（这对象全部值为null）；

然后做什么？

然后 线程B 开始执行 elementDate[size++] = B的UUID值。

线程A 的值赋值在他创建出来的 elementDate 里面，然后触发 size++ 。

但是线程 B 呢， 把 this.elementData 指向了自己的新弄出来的， 所以 A 的值无情被抛弃，但是线程 B 开始赋值的时候，

看看这个size在源码里的情况：

size是大家共用的，size 被线程A 加1了 ，所以就出现 线程 B 赋值的时候执行 elementDate[size++] = B的UUID值，出来的结果是：

[null , B的UUID值]

情况④：

java.util.ConcurrentModificationException 并发冲突

直接定位报错函数：

modCount是修改记录数，expectedModCount是期望修改记录数；

初始化的时候 expectedModCount=modCount ；

ArrayList的add函数、remove函数 操作都有对modCount++操作，当expectedModCount和modCount值不相等， 那就会报并发错误了

怎么办？ 怎么安全起来？

1.使用 Vector ：

List<String> resultList = newVector<>();

看看vector怎么保证安全的，add 方法synchronized加锁实现：

主意：Vector是一个线程安全的列表，底层采用数组实现。其线程安全的实现方式非常粗暴：Vector大部分方法和ArrayList都是相同的，只是加上了synchronized关键字，这种方式严重影响效率，因此，不再推荐使用Vector了。JAVA官方文档中这样描述：如果不需要线程安全性，推荐使用ArrayList替代Vector。

2.使用 Collections里面的synchronizedList：

List<String> resultList =Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());

synchronizedList同步块保证安全的：

但是迭代器未加锁，需要手动实现同步：

所以使用Collections.synchronizedList注意两个地方：

1.迭代操作必须加锁，可以使用synchronized关键字修饰;

2.synchronized持有的监视器对象必须是synchronized (list),即包装后的list,使用其他对象如synchronized (new Object())会使add,remove等方法与迭代方法使用的锁不一致，无法实现完全的线程安全性。

3.使用 CopyOnWriteArrayList ：

List<String> resultList = new CopyOnWriteArrayList();

CopyOnWriteArrayList 使用ReentrantLock保证安全的:

CopyOnWriteArrayList 的set 也是上锁：

1.set add remove 都选择使用了Arrays.copyOf复制操作

2.get 多线程过程读取数据不是实时，那就可能出现 数据不一致问题，但是最终数据是一致的（读多写少就很合适）。

以上分析借鉴，非常感谢！

CopyOnWriteArrayList是java.util.concurrent包下面的一个实现线程安全的List,顾名思义，CopyOnWriteArrayList在进行写操作(add,remove,set等)时会进行Copy操作，可以推测出在进行写操作时CopyOnWriteArrayList性能应该不会很高。

可以看到CopyOnWriteArrayList底层实现为Object[] array数组。

每次添加元素时都会进行Arrays.copyOf操作，代价非常昂贵。

读的时候是不需要加锁的，直接获取。删除和增加是需要加锁的。

有两点必须讲一下。我认为CopyOnWriteArrayList这个并发组件，其实反映的是两个十分重要的分布式理念：

（1）读写分离

我们读取CopyOnWriteArrayList的时候读取的是CopyOnWriteArrayList中的Object[] array，但是修改的时候，操作的是一个新的Object[] array，读和写操作的不是同一个对象，这就是读写分离。这种技术数据库用的非常多，在高并发下为了缓解数据库的压力，即使做了缓存也要对数据库做读写分离，读的时候使用读库，写的时候使用写库，然后读库、写库之间进行一定的同步，这样就避免同一个库上读、写的IO操作太多。

（2）最终一致

对CopyOnWriteArrayList来说，线程1读取集合里面的数据，未必是最新的数据。因为线程2、线程3、线程4四个线程都修改了CopyOnWriteArrayList里面的数据，但是线程1拿到的还是最老的那个Object[] array，新添加进去的数据并没有，所以线程1读取的内容未必准确。不过这些数据虽然对于线程1是不一致的，但是对于之后的线程一定是一致的，它们拿到的Object[] array一定是三个线程都操作完毕之后的Object array[]，这就是最终一致。最终一致对于分布式系统也非常重要，它通过容忍一定时间的数据不一致，提升整个分布式系统的可用性与分区容错性。当然，最终一致并不是任何场景都适用的，像火车站售票这种系统用户对于数据的实时性要求非常非常高，就必须做成强一致性的。

性能对比

通过前面的分析可知

Vector对所有操作进行了synchronized关键字修饰，性能应该比较差

CopyOnWriteArrayList在写操作时需要进行copy操作，读性能较好，写性能较差

Collections.synchronizedList性能较均衡，但是迭代操作并未加锁，所以需要时需要额外注意

测试结果：

总结:

• CopyOnWriteArrayList的写操作与Vector的遍历操作性能消耗尤其严重，不推荐使用。
• CopyOnWriteArrayList适用于读操作远远多于写操作的场景。
• Vector读写性能可以和Collections.synchronizedList比肩，但Collections.synchronizedList不仅可以包装ArrayList,也可以包装其他List,扩展性和兼容性更好。