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ArrayList在多线程调用Add()添加元素时的下标越界问题(java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException)

2016-04-27 10:24 483 查看
最近在看《实战Java虚拟机》一书，看到有关锁与并发章节时，看到如下一个多线程使用ArrayList的例子：





两个线程t1和t2同时向numberList中添加数据，由于ArrayList是线程不安全的，因此会导致添加的数据有错误，这个我还是能理解的，但是它报的确是如下错误：



我就有点理解不了了，ArrayList不是自动扩容、没有长度限制吗，为什么还会出现数组下标越界这种错误呢？

为了便于分析，我对代码进行了一点点修改：



执行结果为：













有时还会出现null，



带着种种不解，来看ArrayList添加流程：

首先，ArrayList是基于数组实现的，是一个动态数组，其容量能自动增长，类似于C语言中的动态申请内存，动态增长内存。

对于ArrayList而言，它实现List接口、底层使用数组保存所有元素。其操作基本上是对数组的操作。

1、程序中报错的atjava.util.ArrayList.elementData(ArrayList.java:400)和atjava.util.ArrayList.add(ArrayList.java:441)，它们同属Add()方法。

源码如下：



添加操作，首先会调用ensureCapacityInternal(size
+1)，其作用为保证数组的容量始终够用，其中size是elementData数组中元组的个数，初始为0。



在ensureCapacityInternal()函数中，用if判断，如果数组没有元素，给数组一个默认大小，会选择实例化时的值与默认大小中较大值，然后调用ensure
Explicit
Capacity()。



函数体中，modCount是数组发生size更改的次数。然后if判断，
如果数组长度小于默认的容量10，则调用扩大数组大小的方法grow()。[/code]

函数grow()解释了基于数组的ArrayList是如何扩容的。数组进行扩容时，会将老数组中的元素重新拷贝一份到新的数组中，每次数组容量的增长大约是其原容量的1.5倍。

接下来回到Add()函数，继续执行，elementData[size++]=e;这行代码就是问题所在，当添加一个元素的时候，它可能会有两步来完成：1.在elementData[Size]的位置存放此元素；2.增大Size的值。

在单线程运行的情况下，如果Size=0，添加一个元素后，此元素在位置0，而且Size=1；

而如果是在多线程情况下，比如有两个线程，线程A先将元素存放在位置0。但是此时CPU调度线程A暂停，线程B得到运行的机会。线程B也向此ArrayList添加元素，因为此时Size仍然等于0（注意哦，我们假设的是添加一个元素是要两个步骤哦，而线程A仅仅完成了步骤1），所以线程B也将元素存放在位置0。然后线程A和线程B都继续运行，都增加Size的值。那好，我们来看看ArrayList的情况，元素实际上只有一个，存放在位置0，而Size却等于2。这就是“线程不安全”了。这就解释了为何集合中会出现null。

但是数组下标越界还不能仅仅依靠这个来解释。我们观察发生越界时的数组下标，分别为10、15、22、33、49和73。结合前面讲的数组自动机制，数组初始长度为10，第一次扩容为15=10+10/2，第二次扩容22=15+15/2，第三次扩容33=22+22/2...以此类推，我们不难发现，越界异常都发生在数组扩容之时。

由此给了我想法，我猜想是，由于没有该方法没有同步，导致出现这样一种现象，用第一次异常，即下标为15时的异常举例。当集合中已经添加了14个元素时，一个线程率先进入add()方法，在执行ensureCapacityInternal(size+1)时，发现还可以添加一个元素，故数组没有扩容，但随后该线程被阻塞在此处。接着另一线程进入add()方法，执行ensureCapacityInternal(size+1)，由于前一个线程并没有添加元素，故size依然为14，依然不需要扩容，所以该线程就开始添加元素，使得size++，变为15，数组已经满了。而刚刚阻塞在elementData[size++]=e;语句之前的线程开始执行，它要在集合中添加第16个元素，而数组容量只有15个，所以就发生了数组下标越界异常！




                                            

                                        

                        
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