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？

Question

有点晚了，我有一个圣诞节特别给你。有一个圣诞老人班，里面有一个ArrayList礼物和一个Map跟踪哪些孩子已经收到了他们的礼物。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，每个孩子都收到一份（随机）礼物。

这是 Santa 类中的方法偶尔会产生一个IllegalArgumentException因为presents.size()是否定的。

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synchronized之前显示的较小尺寸的块的问题。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？

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这种竞争条件。

想象一下，Thread 1读

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

它评估为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 1一直有时间做gotPresent.put(child, true);。因此，上述if也评估true为Thread 2。

Thread 1位于 内synchronized(this)并从礼物列表中删除礼物（即， presents.remove(present);）。现在size的的present名单0。Thread 1退出synchronized块，而Thread 2刚刚进入它，并最终调用

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

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

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

你得到了IllegalArgumentException例外。

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，会做

gotPresent.put(child, true);

到时候Thread 2会进入synchronized块下面的语句

!gotPresent.get(child)

将评估为false，因此Thread 2将立即退出而不调用 int randomIndex = random.nextInt(presents.size());大小列表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的互斥，即gotPresent和presents。这意味着，例如，该操作一样containsKey，get和put应该在相同的synchronized块内执行。