在 Java 中减少同步块的范围意外损坏了我的 ArrayList，为什么会这样？

如何解决在 Java 中减少同步块的范围意外损坏了我的 ArrayList，为什么会这样？

有点晚了，我为你准备了圣诞特别节目。有一个圣诞老人班级，有 ArrayList 个礼物和一个 Map 来跟踪哪些孩子已经收到了礼物。孩子们模仿成线程不断地同时向圣诞老人索要礼物。为简单起见，每个孩子都会收到一份（随机）礼物。

这是 Santa 类中的方法偶尔会产生 IllegalArgumentException，因为 presents.size() 是负数。

public Present givePresent(Child child) {
        if(gotPresent.containsKey(child) && !gotPresent.get(child)) {
            synchronized(this) {
                gotPresent.put(child,true);
                Random random = new Random();
                int randomIndex = random.nextInt(presents.size());
                Present present = presents.get(randomIndex);
                presents.remove(present);
                return present;
            }
        }
        return null;
}

然而，使整个方法 synchronized 工作得很好。我不太明白前面显示的较小尺寸的 synchronized 块的问题。从我的角度来看，它仍然应该确保礼物不会多次分配给孩子，并且礼物 ArrayList 上不应该有并发写入（和读取）。你能告诉我为什么我的假设是错误的吗？

解决方法

发生这种情况是因为代码包含一个竞争条件。让我们用下面的例子来说明这种竞争条件。

想象一下 Thread 1 读取

`if(gotPresent.containsKey(child) && !gotPresent.get(child))` 

并且它的计算结果为 true。当 Thread 1 进入 synchronized 块时，另一个线程（即 Thread 2）也读取

if(gotPresent.containsKey(child) && !gotPresent.get(child)) 

在Thread 1有时间做gotPresent.put(child,true);之前。因此，上述 if 对于 true 的计算结果也为 Thread 2。

Thread 1 位于 synchronized(this) 内并从礼物列表中删除 present（即 presents.remove(present);）。现在 size 列表的 present 是 0。 Thread 1 退出 synchronized 块，而 Thread 2 只是进入它，并最终调用

int randomIndex = random.nextInt(presents.size()); 

由于presents.size()会返回0，random.nextInt的实现如下：

  public int nextInt(int bound) {
        if (bound <= 0)
            throw new IllegalArgumentException(BadBound);
        ...
    }

您会遇到 IllegalArgumentException 异常。

但是，使整个方法同步就可以了。

是的，因为与

 synchronized(this) {
    if(gotPresent.containsKey(child) && !gotPresent.get(child)) {
            gotPresent.put(child,true);
            Random random = new Random();
            int randomIndex = random.nextInt(presents.size());
            Present present = presents.get(randomIndex);
            presents.remove(present);
            return present;
    }
 }

在前面提到的竞争条件示例中，Thread 2 会在

if(gotPresent.containsKey(child) && !gotPresent.get(child))

并且因为Thread 1，在退出同步块之前，会完成

gotPresent.put(child,true);

到 Thread 2 将进入 synchronized 块时，以下语句

!gotPresent.get(child)

将评估为 false，因此 Thread 2 将立即退出，而无需使用大小为 int randomIndex = random.nextInt(presents.size()); 的列表调用 0。

由于您展示的方法是由多个线程并行执行的，因此您应该确保线程之间共享数据结构（即 gotPresent 和 presents）的互斥。例如，这意味着 containsKey、get 和 put 之类的操作应该在同一个同步块中执行。