CopyOnWriteArrayList

最新推荐文章于 2024-02-07 18:41:23 发布

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#多线程 #java

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探讨ArrayList在多线程环境下存在的线程安全问题，介绍如何通过Collections.synchronizedList和CopyOnWriteArrayList解决该问题。分析CopyOnWrite机制的工作原理、优缺点及其适用场景。

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引入

ArrayList单线程下是安全的但是多线程下存在不安全的问题

多线程下是不安全的

例如：我们开启多个线程向arraylist添加数据

public class ListTest {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(()->{
                list.add("a");
            System.out.println(list);
            }).start();
        }
    }
}

报出异常
在这里插入图片描述
解决这个问题我们可以使用集合工具类创建线程安全的ArrayList

  List<String> strings = Collections.synchronizedList(new ArrayList<String>());
    for (int i = 0; i < 101; i++) {
        new Thread(()->{
            strings.add("a");
            System.out.println(strings);
        }).start();
    }
}

在这里插入图片描述
但加入synchronized此时效率较低

所以我们可以使用juc包中的 CopyOnWriterArrayList

CopyOnWriterArrayList

CopyOnWriteArrayList （拷贝写数组) 是ArrayList线程安全的集合

其中所有可变操作（add、set等等）都是通过对底层数组进行一次新的复制来实现的。

适合场景：读多、写少的并发场景

cow思想

它不存在“扩容”的概念，每次写操作（add 、remove）都要copy一个副本，在副本的基础上修改后改变array引用，所以称为“CopyOnWrite”，因此在写操作是加锁，并且对整个list的copy操作时相当耗时的，过多的写操作不推荐使用该存储结构。

读取的方法没有加锁写的时候才加锁所以性能比 vector高

我们可以从源码中看出

public E get(int index) {
    return get(getArray(), index);
}
final Object[] getArray() {
    return array;
}
private E get(Object[] a, int index) {
    return (E) a[index];
}

读操作并没有加锁这也是效率高的原因

add源码

写操作加入了 lock锁

public boolean add(E e) {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();
    try {
        Object[] elements = getArray();
        int len = elements.length;
        Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
        newElements[len] = e;
        setArray(newElements);
        return true;
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

（注：新版本jdk1.8后改成了synchronized 因为新版本对synchronized进行了升级提升了效率）

使用示例：

public class ListTest {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 101; i++) {
            new Thread(()->{
                list.add("a");
                System.out.println(list);
            }).start();
        }
    }
}

在这里插入图片描述

缺点：

内存问题：CopyOnWrite的写复制机制，在进行写操作的时候，内存里会同时驻存在两个对象的内存，旧的对象和新写入的对象（注意:在复制的时候只是复制容器里的引用，只是在写的时候会创建新对象添加到新容器里，而旧容器的对象还在使用，所以有两份对象内存）。如果这些对象占用的内存比较大，比如说100M左右，那么再写入50M数据进去，内存就会占用150M，那么这个时候很有可能造成频繁的minor GC和major GC。

数据一致性问题：CopyOnWrite容器只能保证数据的最终一致性，不能保证数据的实时一致性。所以如果你希望写入的的数据，马上能读到，请不要使用CopyOnWrite容器。