CopyOnWriteArrayList

本文深入探讨了CopyOnWriteArrayList的实现原理,包括其读写分离机制如何保证线程安全,以及在读多写少场景下的应用优势。同时也分析了其内存消耗和实时性方面的缺点。

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前言

在多线程场景下ArrayList无法保证线程安全,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。java并发包提供了一个并发容器CopyOnWriteArrayList,采用了不同的并发处理策略,可以保证线程安全,这篇文章主要介绍下CopyOnWriteArrayList实现原理与应用场景。

 

原理

CopyOnWriteArrayList 是满足 CopyOnWrite 的 ArrayList,所谓 CopyOnWrite 的意思:、就是对一块内存进行修改时,不直接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,再将原来指向的内存指针指到新的内存,原来的内存就可以被回收。

CopyOnWriteArrayList 类的所有可变操作(add,set等等)都是通过创建底层数组的新副本来实现的。当 List 需要被修改的时候,并不直接修改原有数组对象,而是对原有数据进行一次拷贝,将修改的内容写入副本中。写完之后,再将修改完的副本替换成原来的数据,这样就可以保证写操作不会影响读操作了。

 

1. 读取操作:

    /** The array, accessed only via getArray/setArray. */
    private transient volatile Object[] array;

    public E get(int index) {
        return get(getArray(), index);
    }

    @SuppressWarnings("unchecked")
    private E get(Object[] a, int index) {
        return (E) a[index];
    }

    final Object[] getArray() {
        return array;
    }

由于内部数组 array 不会发生修改,只会被另外一个 array 替换,因此可以保证数据安全:所以读取操作没有任何同步控制和锁操作;

2. 写入操作:

    /**
     * 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;
        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();
        }
    }

 add() 方法在添加集合的时候加了锁,保证同步,避免多线程写的时候会 copy 出多个副本。

 

应用场景

读多写少:在很多场景中,读操1作可能会远远大于写操作。由于读操作根本不会修改原有的数据,因此如果每次读取都进行加锁操作,其实是一种资源浪费。我们应该允许多个线程同时访问 List 的内部数据,毕竟读操作是线程安全的。

 

总结(优缺点):

       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。三是大量写操作性能极差。

使用不同的集合类一定要根据应用场景来进行考量;
 


 

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