Java中不同容器类是否线程安全

非线程安全	线程安全
ArrayList LinkedList	Vector
HashMap	HashTable
StringBuilder	StringBuffer

区别

容器类线程安全, 非线程安全的区别可以用下面这个例子来表述:

以ArrayList和Vector为例, 同时建立100个线程, 每个线程都向容器中添加100个元素,
最后统计容器内元素的数量, 对于ArrayList来说, 最后的量并不一定是10000个, 甚至会出现IndexOutofBoundsException, 但是对于Vector来说, 最后的量一定是10000个, 且不会出现任何异常. 这便是线程安全与非线程安全的一个直观表现.

非线程安全 != 多线程下不可使用

非线程安全并不意味着不可以在多线程环境下不可使用, 上述问题出现在多个线程操作同一个ArrayList对象, 如果一个ArrayList只在一个线程下进行操作, 还是可以使用ArrayList的.

如何使非线程安全容器类变得线程安全

使用List<Object> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<Object>());可以使list变得线程安全.

造成非线程安全的原因

一般来说, 造成非线程安全主要有两个原因:
1. 一个操作不是原子性操作
2. 执行过程中可能被中断

查看ArrayList关于add(E e)的相关源码:

public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

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);
}

list中含有null的原因

即使不发生IndexOutofBoundsException异常, 最后的元素总数也不全都是100000个.
问题出现在add(E e)中的elementData[size++] = e;, 这句代码大致会分成以下两步:

1. elementData[size] = e;
2. `size++“

如果线程A执行完第1步中断, 线程B开执行add, 执行到第1步时候因为size还未+1, 所以线程B仍会将e赋值给elementData[size], 之后线程B执行+1操作, 线程A也执行+1操作, 也就意味着,并没有对 elementData[size+1]进行赋值, 其值也就为null.

元素总量不符合预期的原因

根本原因在于自加操作不是原子性的

线程B可能在线程A执行size++中间就开始同时执行size++, 这可能会使得线程A,B执行之初时size值相同, 导致元素总量小于预期.

IndexOutofBoundsException产生原因

ArrayList实际上也是一个数组, 只不过可以自动扩容, 出现IndexOutofBoundsException说明在某些情况下, 还未扩容, 就添加元素进去了.

例如,线程A开始执行add(), 执行到ensureExplicitCapacity(int minCapacity)中的条件语句时, 如果此时添加的元素总数==数组的长度-1, 那么并不会执行扩容操作. 但是如果此时, 线程A中断, 线程B开始执行, 此时由于线程A还未添加元素, 元素总数仍==数组的长度-1, 添加元素, 此时若线程A恢复, 开始执行添加元素, 由于此时元素总数==数组的长度, 再向其中添加元素就会抛出IndexOutofBoundsException异常.

Vector

Vector中关于add(E e)的相关源码

public synchronized boolean add(E e) {
    modCount++;
    ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
    elementData[elementCount++] = e;
    return true;
}