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先简单说一说Java中的CopyOnWriteArrayList

先简单说一说Java中的CopyOnWriteArrayList

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操作,而是将内存拷贝一份,在新的内存中进行操作,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()));
	}
}
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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()));
		
	}
}
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  • 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CopyOnWriteArrayListCopyOnWriteArraySetCopyOnWrite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
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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
        }
    }
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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()));
		
	}
}
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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ArrayListVector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

参考文章:如何线程安全地遍历List:Vector、CopyOnWriteArrayList


小编大四,正在实习,学识尚浅,欢迎评论交流,一起学习,一起进步!

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