Java ArrayList 线程不安全示例说明

Question

class ThreadUnsafe {

    static final int THREAD_NUMBER = 2;
    static final int LOOP_NUMBER = 200; 

    public static void main(String[] args) {
        ThreadUnsafe test = new ThreadUnsafe();
        for (int i = 0; i < THREAD_NUMBER; i++) {
            new Thread(() -> {
                test.method1(LOOP_NUMBER);
            }, "Thread" + i).start();
        }
    }

  
    ArrayList<String> list = new ArrayList<>();

    public void method1(int loopNumber) {
        for (int i = 0; i < loopNumber; i++) {  
            method2();
            method3();
        }
    }
    private void method2() {
        list.add("1");
    }
    private void method3() {
        list.remove(0);
    }

}

上面的代码抛出

java.lang.IndexOutOfBoundsException: Index: 0, Size: 1

我知道 ArrayList 不是线程安全的，但在这个例子中，我认为每个 remove() 调用都保证在至少一个 add() 调用之前，所以即使顺序困惑，代码也应该没问题，如下所示:

thread0: method2()
thread1: method2()
thread1: method3()
thread0: method3() 

这里需要一些解释，请。

Answer 1

如果总是一个 add()或 remove()在另一个开始之前通话已完全完成，您的推理是正确的。但是ArrayList不保证，因为它的方法不是 synchronized .因此，可能会发生两个线程同时进行一些修改调用的情况。
让我们看看例如的内部结构add()理解一种可能的故障模式的方法。
添加元素时，ArrayList使用 size++ 增加大小.这不是原子的。
现在想象列表是空的，两个线程 A 和 B 在完全相同的时刻添加一个元素，执行 size++并行(可能在不同的 CPU 内核中)。让我们想象一下事情按以下顺序发生:

A 读取大小为 0。

B 读取大小为 0。

A 将其值加 1，得到 1。

B 在其值上加 1，得到 1。

A 将其新值写回 size字段，导致 size=1 .

B 将其新值写回 size字段，导致 size=1 .

虽然我们有 2 add()电话， size只有 1。如果现在您尝试删除 2 个元素(这次是顺序发生的)，第二个 remove()将失败。
为了实现线程安全，没有其他线程应该能够像 size 那样乱搞内部结构。 (或元素数组)，而当前正在进行一次访问。
多线程本质上是复杂的，因为来自多个线程的调用不仅可以以任何(预期的或意外的)顺序发生，而且它们也可以重叠，除非受到诸如 synchronized 之类的机制的保护。 .另一方面，过度使用同步很容易导致多线程性能不佳，也会导致死锁。