源码分析：CopyOnWriteArrayList读写分离原理源码

深藏阁楼爱情的钟 2021-11-22 12:02 352阅读 0赞

CopyOnWriteArrayList是Java并发包中提供的一个并发容器，它是个线程安全且读操作无锁的ArrayList，写操作则通过创建底层数组的新副本来实现，是一种读写分离的并发策略。使用这种策略的还有CopyOnWriteSet，另外还有mysql的MVVC也是使用的这种原理。这篇文章的重点就是了解读写分离实现的底层原理。首先了解一下实现的原理：主要参考[这里][Link 1]

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我们都知道，集合框架中的ArrayList是非线程安全的，Vector虽是线程安全的，但由于简单粗暴的锁同步机制，性能较差。而CopyOnWriteArrayList则提供了另一种不同的并发处理策略（当然是针对特定的并发场景）。

很多时候，我们的系统应对的都是读多写少的并发场景。CopyOnWriteArrayList容器允许并发读，读操作是无锁的，性能较高。至于写操作，比如向容器中添加一个元素，则首先将当前容器复制一份，然后在新副本上执行写操作，结束之后再将原容器的引用指向新容器。

优点：

读操作性能很高，因为无需任何同步措施，比较适用于读多写少的并发场景。Java的list在遍历时，若中途有别的线程对list容器进行修改，则会抛出ConcurrentModificationException异常。而CopyOnWriteArrayList由于其"读写分离"的思想，遍历和修改操作分别作用在不同的list容器，所以在使用迭代器进行遍历时候，也就不会抛出ConcurrentModificationException异常了

缺点：

缺点也很明显，一是内存占用问题，毕竟每次执行写操作都要将原容器拷贝一份，数据量大时，对内存压力较大，可能会引起频繁GC；二是无法保证实时性，Vector对于读写操作均加锁同步，可以保证读和写的强一致性。而CopyOnWriteArrayList由于其实现策略的原因，写和读分别作用在新老不同容器上，在写操作执行过程中，读不会阻塞但读取到的却是老容器的数据。

/**
     * 添加的逻辑很简单，先将原容器copy一份，然后在新副本上执行写操作，之后再切换引用。当然此过程是要加锁的。
     **/
    public boolean add(E e) {
            //ReentrantLock加锁，保证线程安全
            final ReentrantLock lock = this.lock;
            lock.lock();
            try {
                Object[] elements = getArray();
                int len = elements.length;
                //拷贝原容器，长度为原容器长度加一
                Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
                //在新副本上执行添加操作
                newElements[len] = e;
                //将原容器引用指向新副本
                setArray(newElements);
                return true;
            } finally {
                //解锁
                lock.unlock();
            }
        }
    
    //指向当前使用的数组
    final void setArray(Object[] a) {
            array = a;
    }
    
    /**
     * 删除操作同理，将除要删除元素之外的其他元素拷贝到新副本中，然后切换引用，将原容器引用指向新副本。同属写操作，需要加锁。
     **/
    public E remove(int index) {
            //加锁
            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)
                    //如果要删除的是列表末端数据，拷贝前len-1个数据到新副本上，再切换引用
                    setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
                else {
                    //否则，将除要删除元素之外的其他元素拷贝到新副本中，并切换引用
                    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 {
                //解锁
                lock.unlock();
            }
        }
    
    
    /**
     * CopyOnWriteArrayList的读操作是不用加锁的，性能很高。
     **/
    public E get(int index) {
            return get(getArray(), index);
    }
    
    /**
     * 直接读取即可，无需加锁
     **/
     private E get(Object[] a, int index) {
        return (E) a[index];
     }

[Link 1]: https://www.cnblogs.com/chengxiao/p/6881974.html
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