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1.ArrayList、HashSet和HashMap分析线程不安全的原因
前言我们常用的ArrayList、HashSet以及HashMap都是线程不安全的。
1.ArrayList、HashSet和HashMap分析线程不安全的原因
1.1 ArrayList
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
-
这里不是一个原子操作，是分两步执行，赋值和运算 -
elementData[size++] = e;
（1）多线程并发的时候，假如A、B两个线程，A挂起的时候，B线程拿到的size值和A是一样的，就会覆盖线程A的值,导致A的值为空。
（2）因为size不能保证原子性，ArrayList 有默认数组大小，就会抛出数组下标越界的异常
这说明add一个元素需要两个步骤：1. 将元素添加到对应位置；2. 将size+1
在多线程的情况下会出现什么问题呢？
假设有两个线程A和B都执行了add方法，并假设此时size为3，A添加完元素后(即执行完 elementData[s] = e;)被挂起了，B也添加元素，注意，此时size还是3，这会导致两个问题：
1.A刚刚写入的值被覆盖了
2.当A和B向下执行时，都会执行size = s + 1，那么size最后就变成了5，导致4位置本应该是B写入的值，现在却变成了null。
理论部分完毕，现在看一下代码：
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ArrayList<Integer> list1 = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 30; i++) {
new Thread(() -> {
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
list1.add(3);
}).start();
}
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
System.out.println(list1.size());
System.out.println(list1);
}运行结果（为了得出这个结果试了好多次 > _ <）：
11
[3, 3, 3, null, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3]
如看到的这样，确实出现了null。但似乎size的值有问题啊，我们是启动了30个线程add，那么最后size应该是30啊，为啥是11呢(其实每次运行size的值都会变的)？
这
下
size大小不是预期的值
如上所述，size的值并不是30，原因在于，size = s + 1并不是一个原子操作。
举个例子，假设现在s = 4，A、B两个线程都去进行s + 1操作，在Java中每个线程是有自己的工作内存的，因此A和B各自都有一份s = 4，然后分别执行s + 1，最后再写会主存。理想情况是A计算s + 1 = 5之后写回主存，然后B再读取，将6写回主存。但事实却是A和B可能同时执行s + 1 = 5然后写会主存，这就导致了size不是我们预期的结果。
数组下标越界
这种现象主要发生在准备扩容时，我们再来看一下add方法：
private void add(E e, Object[] elementData, int s) {
if (s== elementData.length)
elementData = grow();
// A线程到这里挂起
elementData[s] = e;
size = s + 1;
}还是假设A、B两个线程，并设此时数组长度为10，而s为9，那么A和B同时进到if判断都不会扩容，现在A在上面代码标注位置挂起了，而B接着执行添加操作，所以size = 10，此时就出现了数组下标越界错误。
1.2 HashMap
主要有这么几个问题：
数据覆盖
环形链表
size的非原子问题
数据覆盖
A、B两个线程put时，假设计算出的hash值并对数组取余后是同一个位置，那么就会出现这种情况：A发现这个位置可以插入，但在插入前被挂起了，而B也发现可以插入，并且成功了，那么A继续执行后，由于刚刚已经判断过了是可以插入的，因此会直接把B的值给覆盖掉。
环形链表
这个主要是由于1.7版本中头插法导致的，网上已经有很多帖子说明了，这里贴几个比较清楚的：
https://blog.csdn.net/zzu_seu/article/details/106669757
https://blog.csdn.net/swpu_ocean/article/details/88917958
size原子问题
put时会判断++size是否超过了阈值，如果超过就扩容，但++size是非原子的，因此会有ArrayList中提到的问题。
1.3 HashSet
和HashMap是一回事，就不多说了。
2. List线程安全的实现方式
方案一：
java.util.Vector 所有的操作方法都是 synchronized 修饰, 确保线程安全。jdk1.1就有了，比较老了
方案二：
java.util.Collections.synchronizedList(list) 同样利用 synchronized 代码块, 包装原 list 的操作, 实现线程安全
方案三：
java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList 读写分离的思想, 写上锁, 读无锁. 写入时, 加锁 (利用了 java.util.concurrent.locks.ReentrantLock 上锁), 复制原数组 (并且数组长度 + 1, 赋值数组末尾元素为要新增的元素), 再更新数组的引用, 解锁
3.Set线程安全的实现方式
方案一：
和list一样，使用Colletcions这个工具类syn方法类创建个线程安全的set.
Set<String> synSet = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());
方案二：
使用JUC包里面的CopyOnWriteArraySet
Set<String> copySet = new CopyOnWriteArraySet<>();
4.Map线程安全的实现方式
1. HashTable :HashTable是对整张Hash表进行加锁，
2.ConcurrentHashMap：ConcurrentHashMap将Hash表分为16桶(segment)，每次只对需要的桶进行加锁。
3. Collections 类提供了synchronizedMap()方法，可以将指定的集合包装成线程同步的集合。