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本文导读
本文讲解什么是 CopyOnWriteArrayList 以及他的特点、适用场景、缺点,CopyOnWriteArrayList 的数据结构、add()、get() 方法、remove()方法的实现原理。
一、什么是 CopyOnWriteArrayList
Java 并发包(JDK1.5)里提供了使用 CopyOnWrite 机制实现的并发容器 CopyOnWriteArrayList、CopyOnWriteArraySet,其底层是利用 CopyOnWrite 实现的。
1、什么是 CopyOnWrite
CopyOnWriteArrayList 利用了“不变性”原理,因为容器每次修改都是创建新副本,所以对于旧容器是不可变的,也是线程安全的,无需进一步的同步操作。
可以对 CopyOnWrite 容器进行并发的读,而不需要加锁,因为当前容器不会添加任何元素,也不会有修改。CopyOnWriteArrayList 的所有修改操作(add,set 等)都是通过创建底层数组的新副本来实现的,所以 CopyOnWrite 容器也是一种读写分离的思想体现,读和写使用不同的容器。
2服务器托管网、迭代允许修改集合
CopyOnWriteArrayList 的迭代器在迭代的时候,如果数组内容被修改了,CopyOnWriteArrayList 不会报 ConcurrentModificationException 的异常,因为迭代器使用的依然是旧数组,只不过迭代的内容可能已经过时了。
3、CopyOnWriteArrayList 适用场景
读操作尽可能的快,而写即使慢一些也没关系(系统级别的信息,只需要加载或者修改很少的次数,但是会被系统内所有模块频繁的访问),读多写少(黑名单,不需要实时更新)。
4、CopyOnWriteArrayList 缺点
内存占用问题:CopyOnWrite 的写时复制机制,所以在进行写操作的时候,内存里会同时驻扎两个对象的内存,这一点会占用额外的内存空间。
复制的开销很大:复制过程不仅会占用双倍内存,还需要消耗 CPU 等资源,会降低整体性能。
数据一致性问题: CopyOnWrite 容器的修改是先修改副本,所以这次修改对于其他线程来说,并不是实时能看到的,只有在修改完之后才能体现出来。如果写入的的数据马上能被其他线程看到,CopyOnWrite 容器是不适用的。
二、CopyOnWriteArrayList 实现原理
1、CopyOnWriteArrayList 数据结构
ReentrantLock 锁用来保证修改操作的线程安全,array 的 Object[] 数组是被 volatile 修饰的,可以保证数组的可见性,存储元素的数组。
public class CopyOnWriteArrayList implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
// 可重入锁对象(全局锁)
final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
// CopyOnWriteArrayList底层由数组实现,volatile修饰,保证数组的可见性
pri服务器托管网vate transient volatile Object[] array;
// 得到数组
final Object[] getArray() {
return array;
}
// 设置数组
final void setArray(Object[] a) {
array = a;
}
// 初始化CopyOnWriteArrayList相当于初始化数组
public CopyOnWriteArrayList() {
setArray(new Object[0]);
2、add() 方法
add 方法利用 ReentrantLock 的 lock 方法进行加锁,获取锁之后,得到原数组的长度和元素,也就是利用 getArray 方法得到 elements 并且保存 length。(在添加的时候首先上锁,并复制一个新数组)
之后利用 Arrays.copyOf 方法复制出一个新的数组,得到一个和原数组内容相同的新数组,并且把新元素添加到新数组中。增加操作在新数组上完成)
完成添加动作后,需要转换引用所指向的对象,利用 setArray(newElements) 操作就可以把 volatile Object[] array 的指向替换成新数组,最后在 finally 中把锁解除。(将 array 指向到新数组,最后解锁)
CopyOnWrite 的思想:写操作是在原来容器的拷贝上进行的,并且在读数据的时候不会锁住 list。而且可以看到,如果对容器拷贝操作的过程中有新的读线程进来,那么读到的还是旧的数据,因为在那个时候对象的引用还没有被更改。
public boolean add(E e) {
// 加锁
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
// 得到原数组的长度和元素
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
// 复制出一个新数组
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
// 添加时,将新元素添加到新数组中
newElements[len] = e;
// 将volatile Object[] array 的指向替换成新数组
setArray(newElements);
return true;
} finally {
lock.unlock();
}
}
3、get() 方法
get 相关的操作没有加锁,保证了读取操作的高速
public E get(int index) {
return get(getArray(), index);
}
private E get(Object[] a, int index) {
return (E) a[index];
4、remove() 方法
/**
* 删除此列表中指定位置的元素,会将后续元素向左移动
*/
public E remove(int index) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
// 获取原数组
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
// 获取index下标的元素
E oldValue = get(elements, index);
// 计算需要移动的数量
int numMoved = len - index - 1;
if (numMoved == 0)
// 删除的是末尾,将原数组减1
setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
else {
// 开辟新数组
Object[] newElements = new Object[len - 1];
// 复制前面
System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
// 复制后面
System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index, numMoved);
// 修改原数组
setArray(newElements);
}
return oldValue;
} finally {
lock.unlock();
}
}
总结
本文讲解什么是 CopyOnWriteArrayList 以及他的特点、适用场景、缺点,CopyOnWriteArrayList 的数据结构、add()、get() 方法、remove()方法的实现原理。
【并发编程】CopyOnWriteArrayList详解与原理
原文链接: https://xie.infoq.cn/article/93cb815dcca3e4cf1a98d40e4
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