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四、ArrayList 为什么线程不安全？

当我们执行下面语句的时候，底层进行了什么操作

 new ArrayList<Integer>();

底层创建了一个空的数组，伴随着初始值为10

当执行add方法后，如果超过了10，那么会进行扩容，扩容的大小为原值的一半，也就是5个，使用下列方法扩容

 Arrays.copyOf(elementData, netCapacity)

单线程环境下

单线程环境的ArrayList是不会有问题的

 public class ArrayListNotSafeDemo {
     public static void main(String[] args) {
 
         List<String> list = new ArrayList<>();
         list.add("a");
         list.add("b");
         list.add("c");
 
         for(String element : list) {
             System.out.println(element);
         }
     }
 }

多线程环境下

为什么ArrayList是线程不安全的？

因为在进行写操作的时候，方法上为了保证并发性，是没有添加 synchronized 修饰，所以并发写的时候，就会出现问题

当我们同时启动30个线程去操作List的时候

 /**
  * 集合类线程不安全举例
  * @create: 2020-03-12-20:15
  */
 public class ArrayListNotSafeDemo {
     public static void main(String[] args) {
 
         List<String> list = new ArrayList<>();
 
         for (int i = 0; i < 30; i++) {
             new Thread(() -> {
                 list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0, 8));
                 System.out.println(list);
             }, String.valueOf(i)).start();
         }
     }
 }

这个时候出现了错误，也就是 java.util.ConcurrentModificationException

这个异常是并发修改的异常

解决方案

方案一：Vector

第一种方法，就是不用ArrayList这种不安全的List实现类，而采用Vector，线程安全的

关于Vector如何实现线程安全的，是在方法上加了锁，即synchronized

这样就每次只能够一个线程进行操作，所以不会出现线程不安全的问题，但是因为加锁了，导致并发性基于下降

方案二：Collections.synchronized()

 List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());

采用Collections集合工具类，在ArrayList外面包装一层同步机制

方案三：采用JUC里面的方法

CopyOnWriteArrayList：写时复制，主要是一种读写分离的思想

写时复制，CopyOnWrite容器即写时复制的容器，往一个容器中添加元素的时候，不直接往当前容器Object[]添加，而是先将Object[]进行copy，复制出一个新的容器object[] newElements，然后新的容器Object[] newElements里添加原始，添加元素完后，在将原容器的引用指向新的容器 setArray(newElements)；这样做的好处是可以对copyOnWrite容器进行并发的读，而不需要加锁，因为当前容器不需要添加任何元素。所以CopyOnWrite容器也是一种读写分离的思想，读和写不同的容器

就是写的时候，把ArrayList扩容一个出来，然后把值填写上去，在通知其他的线程，ArrayList的引用指向扩容后的

查看底层add方法源码

     public boolean add(E e) {
         final ReentrantLock lock = this.lock;
         lock.lock();
         try {
             Object[] elements = getArray();
             int len = elements.length;
             Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
             newElements[len] = e;
             setArray(newElements);
             return true;
         } finally {
             lock.unlock();
         }
     }

首先需要加锁

 final ReentrantLock lock = this.lock;
 lock.lock();

然后在末尾扩容一个单位

 Object[] elements = getArray();
 int len = elements.length;
 Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);

然后在把扩容后的空间，填写上需要add的内容

 newElements[len] = e;

最后把内容set到Array中

HashSet线程不安全

CopyOnWriteArraySet

底层还是使用CopyOnWriteArrayList进行实例化

HashSet底层结构

同理HashSet的底层结构就是HashMap

但是为什么我调用 HashSet.add()的方法，只需要传递一个元素，而HashMap是需要传递key-value键值对？

首先我们查看hashSet的add方法

     public boolean add(E e) {
         return map.put(e, PRESENT)==null;
     }

我们能发现当我们调用add的时候，存储一个值进入map中，只是作为key进行存储，而value存储的是一个Object类型的常量，也就是说HashSet只关心key，而不关心value

HashMap线程不安全

同理HashMap在多线程环境下，也是不安全的

     public static void main(String[] args) {
         Map<String, String> map = new HashMap<>();
 
         for (int i = 0; i < 30; i++) {
             new Thread(() -> {
                 map.put(Thread.currentThread().getName(), UUID.randomUUID().toString().substring(0, 8));
                 System.out.println(map);
             }, String.valueOf(i)).start();
         }
     }

解决方法

1、使用Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());

2、使用 ConcurrentHashMap

 Map<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();