多个线程访问ArrayList

Question

我有一个ArrayList用于缓存数据，以便其他线程可以读取它们。

由于它从UDP源读取，因此这个数组不断地添加数据，而其他线程不断地从该数组中读取。然后从数组中删除数据。

这不是实际的代码，而是一个简化的例子：

 public class PacketReader implements Runnable{

   pubic static ArrayList<Packet> buffer = new ArrayList() ;
    @Override 
    public void run(){
    while(bActive){
    //read from udp source and add data to the array
  }
 }

 public class Player implements Runnable(){

 @Override 
 public void run(){


 //read packet from buffer
 //decode packets

 // now for the problem :

 PacketReader.buffer.remove(the packet that's been read);
     }
   }

remove() 方法从数组中删除数据包，然后将右侧的所有数据包向左移动以覆盖空白位置。

我的担忧是：由于缓冲区不断地被多个线程添加和读取，那么 remove() 方法会出现问题吗？因为它需要将数据包向左移动。

我的意思是，如果在进行移动的同时调用了 .add() 或 .get() 方法，这会成为一个问题吗？

有时候我会得到“index out of bounds”异常，例如：索引为100、大小为300，这很奇怪，因为索引在大小之内，所以我想知道是否可能是这个问题导致的，还是应该寻找其他问题。

谢谢。

- vlatkozelka

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可能是Best Java thread-safe locking mechanism for collections?的重复问题。 - aruisdante

基本上，如果您使用迭代器，则会从中得到“ConcurrentModificationException”。 最好完全使用其他东西。 - markspace

我从未遇到过这个错误，这就让我感到困惑了...我猜这不是问题的原因？ - vlatkozelka

ConcurrentModificationException 是多个访问结构的症状，这些访问被组织得足够好，以至于实现可以检测到它们。对于这种不受控制的并行访问，我预计会出现错误的答案。 - Patricia Shanahan

Answer 1

看起来你真正需要的是一个 BlockingQueue。ArrayBlockingQueue 可能是一个不错的选择。如果你需要一个无限队列并且不关心额外的内存利用率（相对于 ArrayBlockingQueue），LinkedBlockingQueue 也可以使用。

它让你以线程安全和高效的方式推入和弹出项目。这些推入和弹出的行为可能会有所不同（当你尝试向已满队列推入或从空队列弹出时会发生什么？），BlockingQueue 接口的 JavaDocs 有一张表格很好地展示了所有这些行为。

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一个线程安全的List（无论它来自synchronizedList还是CopyOnWriteArrayList），实际上是不够的，因为您的用例使用了经典的“检查-然后-操作”模式，这本质上是有竞争的。考虑以下代码片段：

if(!list.isEmpty()) {
    Packet p = list.remove(0); // remove the first item
    process(p);
}

即使list是线程安全的，但这种用法并不安全！如果在“if”检查期间list只有一个元素，但在您执行remove(0)之前另一个线程将其删除了，该怎么办？

您可以通过在两个操作周围进行同步来解决此问题：

Pattern p;
synchronized (list) {
    if (list.isEmpty()) {
        p = null;
    } else {
        p = list.remove(0);
    }
}
if (p != null) {
    process(p);  // we don't want to call process(..) while still synchronized!
}

这种方法比使用 BlockingQueue 更低效，需要更多的代码，因此没有理由这样做。

- yshavit

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同意，从问题描述来看，这似乎是最佳解决方案。 - Leon

用 ArrayBlockingQueue 替换 ArrayList，并用 put() 和 take() 替换 add() 和 remove()... 可以减少 CPU 和内存的使用，且不会崩溃 :) - vlatkozelka

Answer 2

是的，如果使用ArrayList会有问题，因为它不是线程安全的，ArrayList对象的内部状态会被破坏，最终会出现一些不正确的输出或运行时异常。您可以尝试使用synchronizedList(List list)，或者如果适合您的情况，可以尝试使用CopyOnWriteArrayList。

这个问题是生产者-消费者问题。您可以看到，人们通过使用某种锁定方法轮流从缓冲区（在您的情况下是一个列表）中提取对象来解决这个问题。如果您不一定需要一个列表，还可以查看线程安全的缓冲区实现。

- NESPowerGlove