一、概述
面試時相信面試官首先就會問到關于它的知識。一個經常被問到的問題就是：ArrayList是否是線程安全的？那么它為什么是線程不安全的呢？它線程不安全的具體體現又是怎樣的呢？我們從源碼的角度來看下。
二、源碼分析
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
/**
* 列表元素集合數組
* 如果新建ArrayList對象時沒有指定大小，那么會將EMPTY_ELEMENTDATA賦值給elementData，
* 并在第一次添加元素時，將列表容量設置為DEFAULT_CAPACITY
*/
transient Object[] elementData;
/**
* 列表大小，elementData中存儲的元素個數
*/
private int size;
}
所以通過這兩個字段我們可以看出，ArrayList的實現主要就是用了一個Object的數組，用來保存所有的元素，以及一個size變量用來保存當前數組中已經添加了多少元素。
接著我們看下最重要的add操作時的源代碼：
public boolean add(E e) {
/**
* 添加一個元素時，做了如下兩步操作
* 1.判斷列表的capacity容量是否足夠，是否需要擴容
* 2.真正將元素放在列表的元素數組里面
*/
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
ensureCapacityInternal()這個方法的詳細代碼我們可以暫時不看，它的作用就是判斷如果將當前的新元素加到列表后面，列表的elementData數組的大小是否滿足，如果size + 1的這個需求長度大于了elementData這個數組的長度，那么就要對這個數組進行擴容。
由此看到add元素時，實際做了兩個大的步驟：
- 判斷elementData數組容量是否滿足需求。
- 在elementData對應位置上設置值。
- 這樣也就出現了第一個導致線程不安全的隱患，在多個線程進行add操作時可能會導致elementData數組越界。
具體邏輯如下：
- 列表大小為9，即size=9。
- 線程A開始進入add方法，這時它獲取到size的值為9，調用ensureCapacityInternal方法進行容量判斷。
- 線程B此時也進入add方法，它獲取到size的值也為9，也開始調用ensureCapacityInternal方法。
- 線程A發現需求大小為10，而elementData的大小就為10，可以容納。于是它不再擴容，返回。
- 線程B也發現需求大小為10，也可以容納，返回。
- 線程A開始進行設置值操作， elementData[size++] = e 操作。此時size變為10。
- 線程B也開始進行設置值操作，它嘗試設置elementData[10] = e，而elementData沒有進行過擴容，它的下標最大為9。于是此時會報出一個數組越界的異常ArrayIndexOutOfBoundsException.
- 另外第二步 elementData[size++] = e 設置值的操作同樣會導致線程不安全。從這兒可以看出，這步操作也不是一個原子操作，它由如下兩步操作構成：
elementData[size] = e;
size = size + 1;
在單線程執行這兩條代碼時沒有任何問題，但是當多線程環境下執行時，可能就會發生一個線程的值覆蓋另一個線程添加的值，具體邏輯如下：
- 列表大小為0，即size=0
- 線程A開始添加一個元素，值為A。此時它執行第一條操作，將A放在了elementData下標為0的位置上。
- 接著線程B剛好也要開始添加一個值為B的元素，且走到了第一步操作。此時線程B獲取到size的值依然為0，于是它將B也放在了elementData下標為0的位置上。
- 線程A開始將size的值增加為1
- 線程B開始將size的值增加為2
- 這樣線程AB執行完畢后，理想中情況為size為2，elementData下標0的位置為A，下標1的位置為B。而實際情況變成了size為2，elementData下標為0的位置變成了B，下標1的位置上什么都沒有。并且后續除非使用set方法修改此位置的值，否則將一直為null，因為size為2，添加元素時會從下標為2的位置上開始。
三、案例復現
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
final List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
// 線程A將0-1000添加到list
new Thread(new Runnable() {
public void run() {
for (int i = 0; i < 1000 ; i++) {
list.add(i);
try {
Thread.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}).start();
// 線程B將1000-2000添加到列表
new Thread(new Runnable() {
public void run() {
for (int i = 1000; i < 2000 ; i++) {
list.add(i);
try {
Thread.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}).start();
Thread.sleep(1000);
// 打印所有結果
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
System.out.println("第" + (i + 1) + "個元素為：" + list.get(i));
}
}
最后的輸出結果中，有如下的部分：
第7個元素為：3
第8個元素為：1003
第9個元素為：4
第10個元素為：1004
第11個元素為：null
第12個元素為：1005
第13個元素為：6
可以看到第11個元素的值為null，這也就是我們上面所說的情況。多測試幾次的話，數組越界的異常也可以復現出來。
