ArrayList和LinkedList是对List接口的不同数据结构的实现。它们都是线程不安全的,线程不安全往往出现在数组的扩容、数据添加的时候。
ArrayList:ArrayList是List接口的可变数组的实现。
LinkedList:LinkedList是List接口的(双向)链表实现。
ArrayList的类继承图如下:
(1-1:ArrayList的类继承图)存储
ArrayList使用数组(elememntData)存储数据,默认构造方法创建ArrayList时,会初始化一个空数组。
扩容
ArrayList使用数组存储数据,因此在添加数据的时候需要做容量检查,如果容量不足则需要进行扩容。
其新容量大小公式为:新容量=旧容量+旧容量/2
扩容过程请看下面源码:
public boolean add(E e) { // 容量检查 ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! elementData[size++] = e; return true; } // 计算数组需要的最小容量 private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); } ensureExplicitCapacity(minCapacity); } // 判断是否需要扩容,如果需要则扩容 private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) { // modCount表示List结构修改的次数,快速失败机制会用到,快速失败机制在后面会详细说明。 modCount++; // overflow-conscious code if (minCapacity - elementData.length > 0) grow(minCapacity); } private void grow(int minCapacity) { // overflow-conscious code int oldCapacity = elementData.length; // 新容量=旧容量+旧容量/2 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); } (1-2:ArrayList数组扩容源码)LinkedList的类继承图如下:
(2-1:LinkedList的类继承图)存储
LinkedList使用双向链表来存储数据。其中链表结点定义如下:
private static class Node<E> { E item; Node<E> next; Node<E> prev; Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) { this.item = element; this.next = next; this.prev = prev; } } (2-2:LinkedList的存储结点定义)添加/删除元素操作
LinkedList添加删除元素,实际上就是对链表进行结点添加/删除,下面给出实现细节,以供后面的线程安全讨论使用(注意modCount发生了变化)。
// 添加元素 public boolean add(E e) { // 往链表末尾添加元素 linkLast(e); return true; } // 添加结点 void linkLast(E e) { final Node<E> l = last; final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null); // 新结点作为尾结点 last = newNode; if (l == null) first = newNode; else l.next = newNode; // 连接结点 size++; modCount++; } // 删除元素(删除第一个匹配的元素) public boolean remove(Object o) { if (o == null) { for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) { if (x.item == null) { unlink(x); return true; } } } else { for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) { if (o.equals(x.item)) { unlink(x); return true; } } } return false; } // 删除结点 E unlink(Node<E> x) { // assert x != null; final E element = x.item; final Node<E> next = x.next; final Node<E> prev = x.prev; if (prev == null) { first = next; } else { prev.next = next; x.prev = null; } if (next == null) { last = prev; } else { next.prev = prev; x.next = null; } x.item = null; size--; modCount++; return element; } (2-3:LinkedList添加/删除结点关键代码)首先确认一点的是,ArrayList和LinkedList均是线程不安全的,下面将分析多线程情况下会出现的一些问题。
快速失败,指的是使用遍历器对List进行遍历时,如果在遍历过程中,对List进行了修改,则会触发快速失败机制,抛出java.util.ConcurrentModificationException异常。
快速失败触发机制
前文谈到modCount的作用用于记录List的修改次数,在遍历器进行遍历时,代码正是通过这个值触发快速失败的。
相关核心代码如下:
int expectedModCount = modCount; public E next() { checkForComodification(); try { int i = cursor; E next = get(i); lastRet = i; cursor = i + 1; return next; } catch (IndexOutOfBoundsException e) { checkForComodification(); throw new NoSuchElementException(); } } // 检查修改次数,该方法在类中多次会被调用 final void checkForComodification() { if (modCount != expectedModCount) throw new ConcurrentModificationException(); } (1-1:java.util.AbstractList内部类Itr代码片段)添加元素时的数组越界问题发生在扩容判断上,当当前数组容量还差一个元素达到数组扩容的临界值时。并发插入元素时对数组大小的判断均是无需扩容,但是当前数组实际上仅有一个空闲位置,因此数组越界异常就发生了。
这种异常出现情况如下面代码注释所示:
多个线程对数组同一个位置进行赋值,导致元素被覆盖。
elementData[size++] = e; // elementData[size] = e; --- thread1 // elementData[size] = e; --- thread2 // size++; --- thread1 // size++; --- thread2 (3-1:ArrayList添加元素被覆盖)类似的分析,LinkedList添加元素时也会出现这种情况。
同步方法
全部使用同步方法,如:Vector、Collections.synchronizedList(list)
其它加锁
其它加锁实现线程安全,如:ConcurrentLinkedDeque(自旋+CAS)、CopyOnWriteArrayList(读写锁)