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作者：雪山上的蒲公英
ArrayList 不是线程安全的，这点很多人都知道，但是线程不安全的原因及表现，怎么在多线程情况下使用ArrayList，可能不是很清楚，这里总结一下。
1. 源码分析查看 ArrayList 的 add 操作源码如下：
/** * Appends the specified element to the end of this list. * * @param e element to be appended to this list * @return <tt>true</tt> (as specified by {@link Collection#add}) */ public boolean add(E e) { // 判断列表的capacity容量是否足够，是否需要扩容 ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! // 将元素添加进列表的元素数组里面 elementData[size++] = e; return true; }
源码中涉及的几个元素及方法定义如下：
/** * Default initial capacity. */ private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
/** * 列表元素集合数组 * 如果新建ArrayList对象时没有指定大小，那么会将EMPTY_ELEMENTDATA赋值给elementData， * 并在第一次添加元素时，将列表容量设置为DEFAULT_CAPACITY */ transient Object[] elementData;
/** *列表大小，elementData中存储的元素个数 */ private int size;
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); }
ensureExplicitCapacity(minCapacity); }
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) { modCount++;
// overflow-conscious code if (minCapacity - elementData.length > 0) grow(minCapacity); }
private void grow(int minCapacity) { // overflow-conscious code int oldCapacity = elementData.length; int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); if (newCapacity - minCapacity < 0) newCapacity = minCapacity; if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); // minCapacity is usually close to size, so this is a win: elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); }
通过源码可以看出：ArrayList的实现主要就是用了一个Object的数组，用来保存所有的元素，以及一个size变量用来保存当前数组中已经添加了多少元素。
执行add方法时，主要分为两步：
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首先判断elementData数组容量是否满足需求——》判断如果将当前的新元素加到列表后面，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了elementData这个数组的长度，那么就要对这个数组进行扩容；
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之后在elementData对应位置上设置元素的值。
2.1 数组越界异常 ArrayIndexOutOfBoundsException
由于ArrayList添加元素是如上面分两步进行，可以看出第一个不安全的隐患，在多个线程进行add操作时可能会导致elementData数组越界。
具体逻辑如下：
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列表大小为9，即size=9
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线程A开始进入add方法，这时它获取到size的值为9，调用ensureCapacityInternal方法进行容量判断。
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线程B此时也进入add方法，它获取到size的值也为9，也开始调用ensureCapacityInternal方法。
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线程A发现需求大小为10，而elementData的大小就为10，可以容纳。于是它不再扩容，返回。
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线程B也发现需求大小为10，也可以容纳，返回。
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线程A开始进行设置值操作， elementData[size++] = e 操作。此时size变为10。
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线程B也开始进行设置值操作，它尝试设置elementData[10] = e，而elementData没有进行过扩容，它的下标最大为9。于是此时会报出一个数组越界的异常ArrayIndexOutOfBoundsException.
2.2 元素值覆盖和为空问题
elementData[size++] = e 设置值的操作同样会导致线程不安全。从这儿可以看出，这步操作也不是一个原子操作，它由如下两步操作构成：
elementData[size] = e;size = size + 1;
在单线程执行这两条代码时没有任何问题，但是当多线程环境下执行时，可能就会发生一个线程的值覆盖另一个线程添加的值，具体逻辑如下：
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列表大小为0，即size=0
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线程A开始添加一个元素，值为A。此时它执行第一条操作，将A放在了elementData下标为0的位置上。
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接着线程B刚好也要开始添加一个值为B的元素，且走到了第一步操作。此时线程B获取到size的值依然为0，于是它将B也放在了elementData下标为0的位置上。
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线程A开始将size的值增加为1
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线程B开始将size的值增加为2
这样线程AB执行完毕后，理想中情况为size为2，elementData下标0的位置为A，下标1的位置为B。而实际情况变成了size为2，elementData下标为0的位置变成了B，下标1的位置上什么都没有。并且后续除非使用set方法修改此位置的值，否则将一直为null，因为size为2，添加元素时会从下标为2的位置上开始。
3. 代码示例如下，通过两个线程对ArrayList添加元素，复现上面的两种不安全情况。
import java.util.ArrayList;import java.util.List;
public class ArrayListSafeTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
final List<Integer> list = new ArrayList<Integer>(); // 线程A将1-1000添加到列表 new Thread(new Runnable() {
@Override public void run() { for (int i = 1; i < 1000; i++) { list.add(i);
try { Thread.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }
}
}).start(); // 线程B将1001-2000添加到列表 new Thread(new Runnable() {
@Override public void run() { for (int i = 1001; i < 2000; i++) { list.add(i);
try { Thread.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }
}
}).start(); Thread.sleep(1000);
// 打印所有结果 for (int i = 0; i < list.size(); i++) { System.out.println("第" + (i + 1) + "个元素为：" + list.get(i)); } }}
执行过程中，两种情况出现如下：
4.1 Collections.synchronizedList
最常用的方法是通过 Collections 的 synchronizedList 方法将 ArrayList 转换成线程安全的容器后再使用。
List<Object> list =Collections.synchronizedList(new ArrayList<Object>);
4.2 为list.add()方法加锁
synchronized(list.get()) {list.get().add(model);}
4.3 CopyOnWriteArrayList
使用线程安全的 CopyOnWriteArrayList 代替线程不安全的 ArrayList。
List<Object> list1 = new CopyOnWriteArrayList<Object>();
4.4 使用ThreadLocal
使用ThreadLocal变量确保线程封闭性(封闭线程往往是比较安全的， 但由于使用ThreadLocal封装变量，相当于把变量丢进执行线程中去，每new一个新的线程，变量也会new一次，一定程度上会造成性能[内存]损耗，但其执行完毕就销毁的机制使得ThreadLocal变成比较优化的并发解决方案)。
ThreadLocal<List<Object>> threadList = new ThreadLocal<List<Object>>() { @Override protected List<Object> initialValue() { return new ArrayList<Object>(); }};
<END>
