Java中的CopyOnWriteArrayList

我就是我 2022-04-17 03:20 201阅读 0赞

1、Copy-On-Write 是什么？  
首先我讲一下什么是Copy-On-Write，顾名思义，在计算机中就是当你想要对一块内存进行修改时，我们不在原有内存块中进行写操作，而是将内存拷贝一份，在新的内存中进行写操作，写完之后呢，就将指向原来内存指针指向新的内存，原来的内存就可以被回收掉嘛！  
网上兄弟们说了，这是一种用于程序设计中的优化策略，是一种延时懒惰策略。都说优化优化，那么到底优化了哪些问题呢？  
先给大家一份代码：

public class IteratorTest {
    
    	private static List<String> list = new ArrayList<>();
    
    	public static void main(String[] args) {
    		
    		list.add("1");
    		list.add("2");
    		list.add("3");
    		
    		Iterator<String> iter = list.iterator();
    		
    		//我当前正在迭代集合（这里模拟并发中读取某一list的场景）
    		while (iter.hasNext()) {
    			
    			System.err.println(iter.next());
    		
    		}
    		
    		System.err.println(Arrays.toString(list.toArray()));
    	}
    }

复制代码上面的程序片段在单线程下执行时没什么毛病的，但到了多线程的环境中，可能就GG了！为什么呢？因为多线程环境中，你在迭代的时候是不允许有其他线程对这个集合list进行添加元素的，看下面这段代码，你会发现抛出

java.util.ConcurrentModificationException的异常。
    public class IteratorTest {
    
    	private static List<String> list = new ArrayList<>();
    
    	public static void main(String[] args) {
    
    		list.add("1");
    		list.add("2");
    		list.add("3");
    
    		Iterator<String> iter = list.iterator();
    
    		// 存放10个线程的线程池
    		ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
    
    		// 执行10个任务(我当前正在迭代集合（这里模拟并发中读取某一list的场景）)
    		for (int i = 0; i < 10; i++) {
    			service.execute(new Runnable() {
    				@Override
    				public void run() {
    					while (iter.hasNext()) {
    						System.err.println(iter.next());
    					}
    				}
    			});
    		}
    		
    		// 执行10个任务
    		for (int i = 0; i < 10; i++) {
    			service.execute(new Runnable() {
    				@Override
    				public void run() {
    					list.add("121");// 添加数据
    				}
    			});
    		}
    		
    		System.err.println(Arrays.toString(list.toArray()));
    		
    	}
    }

复制代码  
1、这里的迭代表示我当前正在读取某种集合中的数据,属于读操作；  
2、线程则模拟当前程序处于多线程环境中，有其他线程正在修改该数据

这里暴露的问题是什么呢？

1、多线程会对迭代集合产生影响，影响读操作

解决：

1、CopyOnWriteArrayList 避免了多线程操作List线程不安全的问题

2、CopyOnWriteArrayList介绍  
从JDK1.5开始Java并发包里提供了两个使用CopyOnWrite机制实现的并发容器,它们是CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet。CopyOnWrite容器非常有用，可以在非常多的并发场景中使用到。  
CopyOnWriteArrayList原理：  
上面已经讲了，就是在写的时候不对原集合进行修改，而是重新复制一份，修改完之后，再移动指针  
复制代码  
那么你可能会问？就算是对原集合进行复制，在多线程环境中不也是一样会导致写入冲突吗？没错，但是你可能还不知道CopyOnWriteArrayList中增加删除元素的实现细节，下面我就说说网上老是提到的add()方法  
3、CopyOnWriteArrayList简单源码解读  
add()方法源码：

/**
         * Appends the specified element to the end of this list.
         *
         * @param e element to be appended to this list
         * @return {@code true} (as specified by {@link Collection#add})
         */
        public boolean add(E e) {
            final ReentrantLock lock = this.lock;//重入锁
            lock.lock();//加锁啦
            try {
                Object[] elements = getArray();
                int len = elements.length;
                Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);//拷贝新数组
                newElements[len] = e;
                setArray(newElements);//将引用指向新数组  1
                return true;
            } finally {
                lock.unlock();//解锁啦
            }
        }

复制代码恍然大悟，小样，原来add()在添加集合的时候加上了锁，保证了同步，避免了多线程写的时候会Copy出N个副本出来。(想想，你在遍历一个10个元素的集合，每遍历一次有1人调用add方法，你说当你遍历10次，这add方法是不是得被调用10次呢？是不是得copy出10分新集合呢？万一这个集合非常大呢？)  
那么？你还要问？CopyOnWriteArrayList是怎么解决线程安全问题的？答案就是----写时复制，加锁  
还要问？那么有没有这么一种情况，当一个线程刚好调用完add()方法，也就是刚好执行到上面1处的代码，也就是刚好将引用指向心数组，而此时有线程正在遍历呢？会不会报错呢？（答案是不会的，因为你正在遍历的集合是旧的，这就有点难受啦，哈哈~）  
当你把上面的代码的ArrayList改为CopyOnWriteArrayList，执行就不会报错啦！

public class IteratorTest {
    
    	private static CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
    
    	public static void main(String[] args) {
    
    		list.add("1");
    		list.add("2");
    		list.add("3");
    
    		Iterator<String> iter = list.iterator();
    
    		// 存放10个线程的线程池
    		ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
    
    		// 执行10个任务(我当前正在迭代集合（这里模拟并发中读取某一list的场景）)
    		for (int i = 0; i < 10; i++) {
    			service.execute(new Runnable() {
    				@Override
    				public void run() {
    					while (iter.hasNext()) {
    						System.err.println(iter.next());
    					}
    				}
    			});
    			service.execute(new Runnable() {
    				@Override
    				public void run() {
    					list.add("121");// 添加数据
    				}
    			});
    		}
    		
    		// 执行10个任务
    		for (int i = 0; i < 10; i++) {
    			service.execute(new Runnable() {
    				@Override
    				public void run() {
    					list.add("121");// 添加数据
    				}
    			});
    			service.execute(new Runnable() {
    				@Override
    				public void run() {
    					while (iter.hasNext()) {
    						System.err.println(iter.next());
    					}
    				}
    			});
    		}
    		
    		System.err.println(Arrays.toString(list.toArray()));
    		
    	}
    }

复制代码4、CopyOnWriteArrayList优缺点  
缺点：

1、耗内存（集合复制）  
2、实时性不高

优点：

1、数据一致性完整，为什么？因为加锁了，并发数据不会乱  
2、解决了像ArrayList、Vector这种集合多线程遍历迭代问题，记住，Vector虽然线程安全，只不过是加了synchronized关键字，迭代问题完全没有解决！

5、CopyOnWriteArrayList使用场景

1、读多写少（白名单，黑名单，商品类目的访问和更新场景），为什么？因为写的时候会复制新集合  
2、集合不大，为什么？因为写的时候会复制新集合  
实时性要求不高，为什么，因为有可能会读取到旧的集合数据

参考：[如何线程安全地遍历List：Vector、CopyOnWriteArrayList][List_Vector_CopyOnWriteArrayList]

[List_Vector_CopyOnWriteArrayList]: https://www.cnblogs.com/wucao/p/5350461.html