Java 中 ArrayList 线程安全问题

一、Bug 场景

假设你正在开发一个多线程的 Java 应用程序，该程序中有多个线程同时访问并修改一个共享的ArrayList。例如，你有一个订单处理系统，不同的线程负责添加新订单到订单列表，同时有其他线程可能会遍历订单列表进行统计等操作。

二、代码示例

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ArrayListThreadBug {
    private static List<Integer> orderList = new ArrayList<>();

    public static void main(String[] args) {
        // 启动添加订单线程
        Thread addThread1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                orderList.add(i);
            }
        });

        Thread addThread2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 1000; i < 2000; i++) {
                orderList.add(i);
            }
        });

        // 启动遍历订单线程
        Thread traverseThread = new Thread(() -> {
            for (Integer order : orderList) {
                System.out.println(order);
            }
        });

        addThread1.start();
        addThread2.start();
        traverseThread.start();
    }
}

三、问题描述

在运行上述代码时，你可能会遇到ConcurrentModificationException异常。这是因为ArrayList不是线程安全的，当多个线程同时对其进行修改和遍历操作时，就可能出现这种问题。在遍历过程中，如果其他线程修改了列表的结构（例如添加或删除元素），就会破坏迭代器的一致性，从而抛出该异常。

四、解决方案

1. 使用线程安全的集合类：可以将ArrayList替换为CopyOnWriteArrayList，它在修改时会创建一个新的数组，从而保证遍历操作的线程安全性。

import java.util.List;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

public class CopyOnWriteArrayListExample {
    private static List<Integer> orderList = new CopyOnWriteArrayList<>();

    public static void main(String[] args) {
        // 启动添加订单线程
        Thread addThread1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                orderList.add(i);
            }
        });

        Thread addThread2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 1000; i < 2000; i++) {
                orderList.add(i);
            }
        });

        // 启动遍历订单线程
        Thread traverseThread = new Thread(() -> {
            for (Integer order : orderList) {
                System.out.println(order);
            }
        });

        addThread1.start();
        addThread2.start();
        traverseThread.start();
    }
}

2. 使用同步机制：通过synchronized关键字来同步对ArrayList的访问，确保同一时间只有一个线程能修改或遍历列表。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class SynchronizedArrayListExample {
    private static List<Integer> orderList = new ArrayList<>();
    private static final Object lock = new Object();

    public static void main(String[] args) {
        // 启动添加订单线程
        Thread addThread1 = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                    orderList.add(i);
                }
            }
        });

        Thread addThread2 = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                for (int i = 1000; i < 2000; i++) {
                    orderList.add(i);
                }
            }
        });

        // 启动遍历订单线程
        Thread traverseThread = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                for (Integer order : orderList) {
                    System.out.println(order);
                }
            }
        });

        addThread1.start();
        addThread2.start();
        traverseThread.start();
    }
}