出场率比较高的一道多线程安全面试题

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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