java - 为什么使用parallelStream访问和修改Collection会得到不同的结果？

Question

我对以下代码感到困惑

  public static void main(String[] args) throws InterruptedException
  {
    Integer[] intArray = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8};
    List<Integer> listOfIntegers =
            new ArrayList<>(Arrays.asList(intArray));
    List<Integer> parallelStorage = new ArrayList<>();//Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
    listOfIntegers
            .parallelStream()
            // Don't do this! It uses a stateful lambda expression.
            .map(e -> {
                parallelStorage.add(e);
                return e;
            })
            .forEachOrdered(e -> System.out.print(e + " "));
    System.out.println();
    parallelStorage
            .stream()
            .forEachOrdered(e -> System.out.print(e + " "));
    System.out.println();
    System.out.println("Sleep 5 sec");
    TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
    parallelStorage
            .stream()
            .forEachOrdered(e -> System.out.print(e + " "));
}

每次执行它时我都会得到不同的结果，这真的让我很困惑，以下是一些结果:

Result 1:
1 2 3 4 5 6 7 8 
null 3 8 7 1 4 5 6 
Sleep 5 sec
null 3 8 7 1 4 5 6

Result 2：
1 2 3 4 5 6 7 8 
6 2 4 1 5 7 8 
Sleep 5 sec
6 2 4 1 5 7 8

这里有两个问题:

• Q1:为什么parallelStorage的大小不确定？

  我理解使用fork/join框架的parallelStream，所以我猜问题是由一些没有完成工作的线程引起的，然后我暂停了主线程5秒，但似乎没有帮助，parallelStorage的大小仍然保持不变；

• 问题2:为什么parallelStorage中存在空元素？

Answer 1

ArrayList 不是线程安全的。这意味着，如果您有两个线程同时更新列表，则这两个线程可能会以可能导致数据丢失的方式相互干扰(或者，对于某些数据结构，可能会完全破坏结构)。

我不知道添加到ArrayList时所采取的确切步骤顺序，但假设它是这样的。 ArrayList 应包含一个后备数组和一个指示当前大小的实例变量

• 将数组大小读入局部变量N
• 将新元素放入arr[N]
• 将 1 添加到 N
• 将 N 存储回数组大小

现在假设您有两个线程执行此操作。由于没有同步，如果线程同时调用 add，则它们可以按此顺序执行步骤:

Read the array size into N
                                    Read the array size into N
Put the new element in arr[N]
                                    Put the new element in arr[N]
Add 1 to N 
                                    Add 1 to N
Store N into the array size
                                    Store N into the array size

如果在任一线程调用 add 之前数组大小为 3，请注意，两个线程都会将 3 读入自己的局部变量 N；然后他们都会将新元素放在同一个位置，然后都将 4 存储到数组大小中。因此，即使“添加”了两个元素，新的数组大小也将是 4 而不是 5，并且新数据元素之一将丢失。

这就是您需要同步列表的原因。

(多个线程之间执行步骤的方式是不可预测的。因此，可以相信，在某些情况下，不同的执行顺序可能会导致两个线程在存储元素之前增加大小，从而导致元素在数组保持未使用状态，因此为 null。请不要将我在此处发布的步骤顺序视为 Java 运行时执行的实际步骤；这只是一个示例，我没有查看在 ArrayList 代码中。)