Java集合 ArrayList 多线程下报错ArrayIndexOutOfBoundsException

问题描述

java ArrayList多线程下java.util.concurrent.CompletionException: java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException异常

ArrayList 报错 java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException：如果是在多线程场景下进行操作，基本上是 线程安全问题导致。

ArrayList 是 非线程安全 的，在并发读写时，是多个线程同时 add/remove/get 元素时，可能导致内部结构（尤其是 elementData[] 数组）混乱，抛出 ArrayIndexOutOfBoundsException 异常。

case代码

我遇到的case，是多线程在操作list.addAll()

java 复制代码

SyncTask<UserDataLog> syncTask = new SyncTask<>(executorService);
List<User> userList = get();

List<List<User>> taskList = Lists.partition(userList, 10);
syncTask.addTask(
        taskList,
        tasks -> {
            tasks.forEach(
                    user -> {
                        List<UserDataLog> logList = checkUserDataByOne(operator, user);
                        if (CollectionUtils.isNotEmpty(logList)) {
                            returnPos.addAll(logList);
                        }
                    });
        });
syncTask.sync();

源码分析

ArrayList 底层是数组 Object[] elementData。在 add() 时会涉及两个非原子操作：

java 复制代码

public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
    Object[] a = c.toArray();
    int numNew = a.length;
    // 判断数组容量是否足够，如果不足，进行扩容
    ensureCapacityInternal(size + numNew);
    System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
    size += numNew;
    return numNew != 0;
}

private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }
    return minCapacity;
}

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;

    // overflow-conscious code
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        grow(minCapacity);
}

问题出在以下几点：

ensureCapacityInternal()多线程同时执行到这里判断size都符合不扩容条件

多个线程在同时走到代码行4时，都判断当前数组容量够，然后都尝试写入，造成数据覆盖或越界。
多个线程同时修改 size，导致写入同一个位置

size += numNew; 不是原子操作，会出现数据覆盖或 size 失效，进而造成越界。
System.arraycopy 写入的范围不正确

线程 A 和线程 B 在同一时间调用 addAll()，都以旧的 size 为基础写入，会出现错位或越界。

正确做法

使用CopyOnWriteArrayList
Collections.synchronizedList()