java併發之 CopyOnWriteArrayList的原理和使用方法

阿新 • • 發佈：2018-11-09

描述

CopyOnWriteArrayList:CopyOnWriteArrayList這是一個ArrayList的執行緒安全的變體，其原理大概可以通俗的理解為:初始化的時候只有一個容器，很常一段時間，這個容器資料、數量等沒有發生變化的時候，大家(多個執行緒)，都是讀取(假設這段時間裡只發生讀取的操作)同一個容器中的資料，所以這樣大家讀到的資料都是唯一、一致、安全的，但是後來有人往裡面增加了一個數據，這個時候CopyOnWriteArrayList 底層實現新增的原理是先copy出一個容器(可以簡稱副本)，再往新的容器裡新增這個新的資料，最後把新的容器的引用地址賦值給了之前那個舊的的容器地址，但是在新增這個資料的期間，其他執行緒如果要去讀取資料，仍然是讀取到舊的容器裡的資料。

案例

package com.base.java.test;
import java.util.ArrayList;
public class ListConcurrentTest{
    private static final int THREAD_POOL_MAX_NUM = 10;
    private List<String> mList = new ArrayList<String>();
    public static void main(String args[]){
            new ListConcurrentTest().start();
    }
    private 
 void initData() {
        for(int i = 0 ; i <= THREAD_POOL_MAX_NUM ; i ++){
            this.mList.add("...... Line "+(i+1)+" ......");
        }
    }
    private void start(){
      initData();
     ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(THREAD_POOL_MAX_NUM);
        for(int i = 0 
 ; i < THREAD_POOL_MAX_NUM ; i ++){
            service.execute(new ListReader(this.mList));
            service.execute(new ListWriter(this.mList,i));
        }
        service.shutdown();
    }
    private class ListReader implements Runnable{
        private List<String> mList ;
        public  ListReader(List<String> list) { 
            this.mList = list;
        }
        @Override
        public void run() {
             if(this.mList!=null){
                for(String str : this.mList){
                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : "+ str);
                }
             }
        }
    }
    private class ListWriter implements Runnable{
        private List<String> mList ;
        private int mIndex;
        public  ListWriter(List<String> list,int index) { 
            this.mList = list;
            this.mIndex = index;
        }
        @Override
        public void run() {
            if(this.mList!=null){
                    //this.mList.remove(this.mIndex);
                     this.mList.add("...... add "+mIndex +" ......");
             }
        }
    }

上面的程式碼毋庸置疑會發生併發異常，直接執行看看效果:
這裡寫圖片描述
所以目前最大的問題，在同一時間多個執行緒無法對同一個List進行讀取和增刪，否則就會丟擲併發異常。
OK，既然出現了問題，那我們直接將ArrayList改成我們今天的主角，CopyOnWriteArrayList，再來進行測試，發現一點問題沒有，執行正常。

原始碼

現在我們知道怎麼用了，那我們就來看看原始碼，到底內部它是怎麼運作的呢？
這裡寫圖片描述
從上面的圖可以看得出，無論我們用哪一個構造方法建立一個CopyOnWriteArrayList物件，
都會建立一個Object型別的陣列，然後賦值給成員array。
提示: transient關鍵字主要啟用的作用是當這個物件要被序列化的時候，不要將被transient宣告的變數(Object[] array)序列化到本地。

原始碼-新增

要看CopyOnWriteArrayList怎麼處理併發的問題，當然要去了解它的增、刪、修改、讀取方法是怎麼處理的了。現在我們直接來看看:
這裡寫圖片描述

final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
首先使用上面的兩行程式碼加上了鎖，保證同一時間只能有一個執行緒在新增元素。
然後使用Arrays.copyOf(…)方法複製出另一個新的陣列，而且新的陣列的長度比原來陣列的長度+1，副本複製完畢，新新增的元素也賦值新增完畢，最後又把新的副本陣列賦值給了舊的陣列，最後在finally語句塊中將鎖釋放。

原始碼-移除

這裡寫圖片描述
然後我們再來看一個remove，刪除元素，很簡單，就是判斷要刪除的元素是否最後一個，如果最後一個直接在複製副本陣列的時候，複製長度為舊陣列的length-1即可；但是如果不是最後一個元素，就先複製舊的陣列的index前面元素到新陣列中，然後再複製舊陣列中index後面的元素到陣列中，最後再把新陣列複製給舊陣列的引用。

最後在finally語句塊中將鎖釋放。

其他的一些過載的增刪、修改方法其實都是一樣的邏輯，這裡就不重複講解了。

原始碼-讀取

最後我們再來看一個讀取操作的方法:
這裡寫圖片描述
所以我們可以看到，其實讀取的時候是沒有加鎖的。
最後我們再來看一下CopyOnWriteArrayList的優點和缺點:
優點:
1.解決的開發工作中的多執行緒的併發問題。
缺點:
1.記憶體佔有問題:很明顯，兩個陣列同時駐紮在記憶體中，如果實際應用中，資料比較多，而且比較大的情況下，佔用記憶體會比較大，針對這個其實可以用ConcurrentHashMap來代替。

2.資料一致性:CopyOnWrite容器只能保證資料的最終一致性，不能保證資料的實時一致性。所以如果你希望寫入的的資料，馬上能讀到，請不要使用CopyOnWrite容器

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