下面這個問題是 Java 程式設計師面試經常會遇到的吧。

工作一兩年的應該都知道 ArrayList 是執行緒不安全的，要使用執行緒安全的就使用 Vector，這也是各種 Java 面試寶典裡面所提及的，可能很多工作好幾年的程式設計師都停留在這個知識面上。

先說說為什麼 ArrayList 是執行緒不安全的吧，來看以下的程式碼。

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());
   }

}
 

這是它的輸出結果，我們期望的結果應該都是：30000，然後並不是，這就是傳說中的多執行緒併發問題了。

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
 

現象分析

從以上結果可以總結出 ArrayList 在併發情況下會出現的幾種現象。

1、發生 ArrayIndexOutOfBoundsException 異常；

private void add(E e, Object[] elementData, int s) {
   if (s == elementData.length)
       elementData = grow();
   elementData[s] = e;
   size = s + 1;
}

定位到異常所在原始碼，毫無疑問，問題是出現在多執行緒併發訪問下，由於沒有同步鎖的保護，造成了 ArrayList 擴容不一致的問題。

2、程式正常執行，輸出了少於實際容量的大小；

這個也是多執行緒併發賦值時，對同一個陣列索引位置進行了賦值，所以出現少於預期大小的情況。

3、程式正常執行，輸出了預期容量的大小；

這是正常執行結果，未發生多執行緒安全問題，但這是不確定性的，不是每次都會達到正常預期的。

解決方案

既然這樣，那麼在高併發情況下，使用什麼樣的列表集合保護執行緒安全呢？回到文章最開始的地方，使用 Vector，還有別的嗎？當然有，篇幅有限，請各位看官期待後續文章。

另外，像 HashMap, HashSet 等都有類似多執行緒安全問題，在多執行緒併發環境下避免使用這種集合。