CopyOnWriteArrayList是Java并發(fā)包中提供的一個(gè)并發(fā)容器，它是個(gè)線程安全且讀操作無鎖的ArrayList，寫操作則通過創(chuàng)建底層數(shù)組的新副本來實(shí)現(xiàn)，是一種讀寫分離的并發(fā)策略，我們也可以稱這種容器為"寫時(shí)復(fù)制器"，Java并發(fā)包中類似的容器還有CopyOnWriteSet。本文會(huì)對(duì)CopyOnWriteArrayList的實(shí)現(xiàn)原理及源碼進(jìn)行分析。
實(shí)現(xiàn)原理
我們都知道，集合框架中的ArrayList是非線程安全的，Vector雖是線程安全的，但由于簡單粗暴的鎖同步機(jī)制，性能較差。而CopyOnWriteArrayList則提供了另一種不同的并發(fā)處理策略（當(dāng)然是針對(duì)特定的并發(fā)場景）。
很多時(shí)候，我們的系統(tǒng)應(yīng)對(duì)的都是讀多寫少的并發(fā)場景。CopyOnWriteArrayList容器允許并發(fā)讀，讀操作是無鎖的，性能較高。至于寫操作，比如向容器中添加一個(gè)元素，則首先將當(dāng)前容器復(fù)制一份，然后在新副本上執(zhí)行寫操作，結(jié)束之后再將原容器的引用指向新容器。
優(yōu)缺點(diǎn)分析
了解了CopyOnWriteArrayList的實(shí)現(xiàn)原理，分析它的優(yōu)缺點(diǎn)及使用場景就很容易了。
優(yōu)點(diǎn)：
讀操作性能很高，因?yàn)闊o需任何同步措施，比較適用于讀多寫少的并發(fā)場景。Java的list在遍歷時(shí)，若中途有別的線程對(duì)list容器進(jìn)行修改，則會(huì)拋出ConcurrentModificationException異常。而CopyOnWriteArrayList由于其"讀寫分離"的思想，遍歷和修改操作分別作用在不同的list容器，所以在使用迭代器進(jìn)行遍歷時(shí)候，也就不會(huì)拋出ConcurrentModificationException異常了
缺點(diǎn)：
缺點(diǎn)也很明顯，一是內(nèi)存占用問題，畢竟每次執(zhí)行寫操作都要將原容器拷貝一份，數(shù)據(jù)量大時(shí)，對(duì)內(nèi)存壓力較大，可能會(huì)引起頻繁GC；二是無法保證實(shí)時(shí)性，Vector對(duì)于讀寫操作均加鎖同步，可以保證讀和寫的強(qiáng)一致性。而CopyOnWriteArrayList由于其實(shí)現(xiàn)策略的原因，寫和讀分別作用在新老不同容器上，在寫操作執(zhí)行過程中，讀不會(huì)阻塞但讀取到的卻是老容器的數(shù)據(jù)。
源碼分析
基本原理了解了，CopyOnWriteArrayList的代碼實(shí)現(xiàn)看起來就很容易理解了。
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public boolean add(E e) { //ReentrantLock加鎖，保證線程安全 final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock(); try { Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; //拷貝原容器，長度為原容器長度加一 Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1); //在新副本上執(zhí)行添加操作 newElements[len] = e; //將原容器引用指向新副本 setArray(newElements); return true; } finally { //解鎖 lock.unlock(); } } |
添加的邏輯很簡單，先將原容器copy一份，然后在新副本上執(zhí)行寫操作，之后再切換引用。當(dāng)然此過程是要加鎖的。
刪除操作
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public E remove(int index) { //加鎖 final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock(); try { Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; E oldValue = get(elements, index); int numMoved = len - index - 1; if (numMoved == 0) //如果要?jiǎng)h除的是列表末端數(shù)據(jù)，拷貝前l(fā)en-1個(gè)數(shù)據(jù)到新副本上，再切換引用 setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1)); else { //否則，將除要?jiǎng)h除元素之外的其他元素拷貝到新副本中，并切換引用 Object[] newElements = new Object[len - 1]; System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index); System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index, numMoved); setArray(newElements); } return oldValue; } finally { //解鎖 lock.unlock(); } } |
刪除操作同理，將除要?jiǎng)h除元素之外的其他元素拷貝到新副本中，然后切換引用，將原容器引用指向新副本。同屬寫操作，需要加鎖。
我們?cè)賮砜纯醋x操作，CopyOnWriteArrayList的讀操作是不用加鎖的，性能很高。
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public E get(int index) { return get(getArray(), index); } 直接讀取即可，無需加鎖 private E get(Object[] a, int index) { return (E) a[index]; } |
總結(jié)
本文對(duì)CopyOnWriteArrayList的實(shí)現(xiàn)原理和源碼進(jìn)行了分析，并對(duì)CopyOnWriteArrayList的優(yōu)缺點(diǎn)也進(jìn)行了分析（Java并發(fā)包中還提供了CopyOnWriteSet，原理類似）。其實(shí)所謂并發(fā)容器的優(yōu)缺點(diǎn)，無非是取決于我們?cè)诿鎸?duì)特定并發(fā)場景時(shí)，是否能做出相對(duì)合理的選擇和應(yīng)用。也希望本文能幫助到有需要的童鞋，共勉。
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