缩小 Java 中同步块的范围意外破坏了我的 ArrayList，为什么会这样？

Question

有点晚了，我有一个圣诞节特别给你。有一个圣诞老人 class 带着 ArrayList 的礼物和一个 Map 来记录哪些 child 人已经收到了他们的礼物。 Children 建模为不断同时向圣诞老人索取礼物的线程。为简单起见，每个 child 只收到一个（随机）礼物。

这是圣诞老人 class 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;
}

但是，使整个方法 synchronized 工作得很好。我真的不明白之前显示的较小尺寸 synchronized 块的问题。从我的角度来看，它仍然应该确保不会多次将礼物分配给孩子，并且礼物 ArrayList 上不应有并发写入（以及读取）。你能告诉我为什么我的假设是错误的吗？

Answer 1

发生这种情况是因为代码包含 竞争条件。让我们用下面的例子来说明竞争条件。

假设 Thread 1 读取

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

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))

之前Thread 1有时间做gotPresent.put(child, true);。因此，上述 if 对于 Thread 2.

也计算为 true

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

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

由于presents.size()会return0，random.nextInt实现如下：

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

你得到 IllegalArgumentException 异常。

However, making the whole method synchronized works just fine.

是的，因为

 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

之前等待

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);

到时 Thread 2 将进入 synchronized 块以下语句

!gotPresent.get(child)

会评估为 false，因此 Thread 2 会立即退出，而不会使用大小为 0.

的列表调用 int randomIndex = random.nextInt(presents.size());

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的共享数据结构互斥，即gotPresent 和presents。这意味着，例如，像 containsKey、get 和 put 这样的操作应该在同一个同步块中执行。

缩小 Java 中同步块的范围意外破坏了我的 ArrayList，为什么会这样？

Reducing the scope of a synchronized block in Java unexpectedly corrupts my ArrayList, why is that the case?

java

parallel-processing

multithreading

synchronization

thread-safety