ArrayList在添加元素时报错java.lang.ArrayIndexOutOfBoundException

news2024/11/29 8:48:33

一、添加单个元素数组越界分析

add源码如下

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

size字段的定义

The size of the ArrayList (the number of elements it contains).

ArrayList的大小(包含元素的个数)
elementData[size++]=e
此代码分2个步骤,先执行赋值,既elementData[size]=e,然后在执行size++

模拟越界场景
定义一个数组长度为10
ArrayList list = new ArrayList(10);
假设已经添加九个元素,所以size = 9
thread 1执行add,会判断ensureCapacityInternal(size + 1),size + 1<10,不进行扩容
thread 2执行add,会判断ensureCapacityInternal(size + 1),size + 1<10,不进行扩容
以上thread 1和thread 2同时运行
thread 1执行elementData[size++] = e;此时size++后等于10
thread 2执行elementData[size++] = e;此时size==10, elementData[10]抛出out of index错误

  
因此验证在并行情况下,扩容临界值执行add会数组越界

二、添加集合越界分析

addList源码

public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
    Object[] a = c.toArray();
    int numNew = a.length;
    ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount
    System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
    size += numNew;
    return numNew != 0;
}

数组越界原理同上,两个线程都刚好执行ensureCapacityInternal(size + numNew);且都不需要进行扩容,
在执行System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew)发生越界

三、解决方案并分析

使用Collections.synchronizedList(new ArrayList<>())替代ArrayList
如果是读多写少的场景,使用CopyOnWriteArrayList替代ArrayList

collections源码分析

public static <T> List<T> synchronizedList(List<T> list) {
	return (list instanceof RandomAccess ?
			new SynchronizedRandomAccessList<>(list) :
			new SynchronizedList<>(list));
}

最终new 出SynchronizedRandomAccessList类

static class SynchronizedRandomAccessList<E>
	extends SynchronizedList<E>
	implements RandomAccess

SynchronizedRandomAccessList继承SynchronizedList

static class SynchronizedList<E>
	extends SynchronizedCollection<E>
	implements List<E> {

接着又继承SynchronizedCollection

static class SynchronizedCollection<E> implements Collection<E>, Serializable {
        private static final long serialVersionUID = 3053995032091335093L;

        final Collection<E> c;  // Backing Collection
        final Object mutex;     // Object on which to synchronize

        SynchronizedCollection(Collection<E> c) {
            this.c = Objects.requireNonNull(c);
            mutex = this;
        }

        SynchronizedCollection(Collection<E> c, Object mutex) {
            this.c = Objects.requireNonNull(c);
            this.mutex = Objects.requireNonNull(mutex);
        }

        public int size() {
            synchronized (mutex) {return c.size();}
        }
        public boolean isEmpty() {
            synchronized (mutex) {return c.isEmpty();}
        }
        public boolean contains(Object o) {
            synchronized (mutex) {return c.contains(o);}
        }
        public Object[] toArray() {
            synchronized (mutex) {return c.toArray();}
        }
        public <T> T[] toArray(T[] a) {
            synchronized (mutex) {return c.toArray(a);}
        }

        public Iterator<E> iterator() {
            return c.iterator(); // Must be manually synched by user!
        }

        public boolean add(E e) {
            synchronized (mutex) {return c.add(e);}
        }
        public boolean remove(Object o) {
            synchronized (mutex) {return c.remove(o);}
        }

        public boolean containsAll(Collection<?> coll) {
            synchronized (mutex) {return c.containsAll(coll);}
        }
        public boolean addAll(Collection<? extends E> coll) {
            synchronized (mutex) {return c.addAll(coll);}
        }
        public boolean removeAll(Collection<?> coll) {
            synchronized (mutex) {return c.removeAll(coll);}
        }
        public boolean retainAll(Collection<?> coll) {
            synchronized (mutex) {return c.retainAll(coll);}
        }
        public void clear() {
            synchronized (mutex) {c.clear();}
        }
        public String toString() {
            synchronized (mutex) {return c.toString();}
        }
        // Override default methods in Collection
        @Override
        public void forEach(Consumer<? super E> consumer) {
            synchronized (mutex) {c.forEach(consumer);}
        }
        @Override
        public boolean removeIf(Predicate<? super E> filter) {
            synchronized (mutex) {return c.removeIf(filter);}
        }
        @Override
        public Spliterator<E> spliterator() {
            return c.spliterator(); // Must be manually synched by user!
        }
        @Override
        public Stream<E> stream() {
            return c.stream(); // Must be manually synched by user!
        }
        @Override
        public Stream<E> parallelStream() {
            return c.parallelStream(); // Must be manually synched by user!
        }
        private void writeObject(ObjectOutputStream s) throws IOException {
            synchronized (mutex) {s.defaultWriteObject();}
        }
    }

看得出,使用了final Collection<E> c存放具体集合类,
每个方法使用synchronized进行同步限制,锁对象为mutex=this,

四、总结

1.ArrayList不适合多线程场景使用
2.线程安全List有Collections.synchronizedList和CopyOnWriteArrayList
3.Collections集合类很多好用的方法,注意Collection是接口,写法上区分有没有s
4.静态内部类synchronizedList 继承-> SynchronizedRandomAccessList 继承-> SynchronizedCollection
5.除了静态内部类synchronizedList,同理有静态内部类synchronizedSet和静态内部类synchronizedMap

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