线程安全List CopyOnWriteArrayList

最新推荐文章于 2025-06-02 15:45:16 发布

Iroz

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分类专栏： java基础

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本文深入探讨了CopyOnWriteArrayList的实现原理，包括其线程安全机制、读写分离思想及适用场景，揭示了其在读多写少场景下的优势。

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为了解决ArrayList线程安全问题，可以使用synchronizedList和CopyOnWriteArrayList


   ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
   List<String> sycList = Collections.synchronizedList(list);

   CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>();

SynchronizedList对部分操作加上了synchronized关键字以保证线程安全

CopyOnWriteArrayList，内部也是通过数组实现，每次对数组的修改都完全拷贝一份新的数组来修改，修改完了再替换掉老数组，这样保证了只阻塞写操作，不阻塞读操作，实现读写分离。

当我们往一个容器添加元素的时候，不直接往当前容器添加，而是先将当前容器进行Copy，复制出一个新的容器，然后新的容器里添加元素，添加完元素之后，再将原容器的引用指向新的容器

CopyOnWriteArrayList 适用于以读为主

Collections.synchronizedList 适用于以写为主

继承体系

CopyOnWriteArrayList实现了List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable等接口。

CopyOnWriteArrayList实现了List，提供了基础的添加、删除、遍历等操作。

CopyOnWriteArrayList实现了RandomAccess，提供了随机访问的能力。

CopyOnWriteArrayList实现了Cloneable，可以被克隆。

CopyOnWriteArrayList实现了Serializable，可以被序列化。

属性

/** 用于修改时加锁 */

final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock()

/** 真正存储元素的地方，只能通过getArray()/setArray()访问 */

private transient volatile Object[] array;

（1）lock

用于修改时加锁，使用transient修饰表示不自动序列化。

（2）array

真正存储元素的地方，使用transient修饰表示不自动序列化，使用volatile修饰表示一个线程对这个字段的修改另外一个线程立即可见。

构造方法

CopyOnWriteArrayList()

CopyOnWriteArrayList(Collection<? extends E> c)

CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn)

创建空数组

  public CopyOnWriteArrayList() {
       // 所有对array的操作都是通过setArray()和getArray()进行
        setArray(new Object[0]);
    }
final
 
void setArray(Object[] a){
 array =a;
}

 public CopyOnWriteArrayList(Collection<? extends E> c) {
        Object[] elements;
       
        if (c.getClass() == CopyOnWriteArrayList.class)
            // 如果c也是CopyOnWriteArrayList类型 
            // 那么直接把它的数组拿过来使用
            elements = ((CopyOnWriteArrayList<?>)c).getArray();
        else {
            // 否则调用其toArray()方法将集合元素转化为数组
            elements = c.toArray();
            // 这里c.toArray()返回的不一定是Object[]类型
            if (elements.getClass() != Object[].class)
                elements = Arrays.copyOf(elements, elements.length, Object[].class);
        }
        setArray(elements);
    }

如果c是CopyOnWriteArrayList类型，直接把它的数组赋值给当前list的数组，注意这里是浅拷贝，两个集合共用同一个数组。

如果c不是CopyOnWriteArrayList类型，则进行拷贝把c的元素全部拷贝到当前list的数组中。

方法

add(E e)方法

 public boolean add(E e) {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        // 加锁
        lock.lock();
        try {
            // 获取旧数组
            Object[] elements = getArray();
            int len = elements.length;
            // 将旧数组元素拷贝到新数组中    
            // 新数组大小是旧数组大小加1
            Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
            // 将元素放在最后一位
            newElements[len] = e;
            setArray(newElements);
            return true;
        } finally {
            // 释放锁
            lock.unlock();
        }
    }

（1）加锁；

（2）获取元素数组；

（3）新建一个数组，大小为原数组长度加1，并把原数组元素拷贝到新数组；

（4）把新添加的元素放到新数组的末尾；

（5）把新数组赋值给当前对象的array属性，覆盖原数组；

（6）解锁；

get(int index)

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

总结

（1）CopyOnWriteArrayList使用ReentrantLock重入锁加锁，保证线程安全；

（2）CopyOnWriteArrayList的写操作都要先拷贝一份新数组，在新数组中做修改，修改完了再用新数组替换老数组，所以空间复杂度是O(n)，性能比较低下；

（3）CopyOnWriteArrayList的读操作支持随机访问，时间复杂度为O(1)；

（4）CopyOnWriteArrayList采用读写分离的思想，读操作不加锁，写操作加锁，且写操作占用较大内存空间，所以适用于读多写少的场合；

（5）CopyOnWriteArrayList只保证最终一致性，不保证实时一致性；