CopyOnWriteArrayList的感悟

最新推荐文章于 2024-01-22 11:17:18 发布

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分类专栏： Java 文章标签： java 多线程分布式

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本文深入解析ArrayList为何非线程安全，并通过对比CopyOnWriteArrayList的实现，探讨其线程安全机制。重点分析CopyOnWriteArrayList如何利用ReentrantLock和volatile确保数据一致性，适用于读多写少场景。

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这篇文章会回答几个问题：

为什么ArrayList不是线程安全的，如何重现
为什么CopyOnWriteArrayList是线程安全的
从CopyOnWriteArrayList中学习到的知识

ArrayList

老叟看到两点，会导致并发问题：

其一，在add方法中，如下图代码，size++不是线程安全的，多个线程同时add，可能会导致某些元素丢失。

public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

其二，elementData并没有用volatile修饰，多个线程之间看到的elementData可能不一致，导致多线程可能异常。

transient Object[] elementData;

CopyOnWriteArrayList

针对以上的问题，CopyOnWriteArrayList都有相应的改进。

第一，使用了ReentrantLock来锁住写操作。

final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public boolean add(E e) {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();//上锁
    try {
        Object[] elements = getArray();
        int len = elements.length;
        Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
        newElements[len] = e;//在新的数组上写元素
        setArray(newElements);//指针指向新的数组
        return true;
    } finally {
        lock.unlock();//释放锁
    }
}

第二，使用volatile修饰array。

private transient volatile Object[] array;

扩散

CopyOnWriteArrayList在写的时候，是复制了一个新的数组之后再写的，而不是直接在原来的基础之上写，不影响到读，这有点读写分离的意味。再注意每次写都要复制一遍，效率比较低，所以，CopyOnWriteArrayList用在读多写少的情况。
一致性，注意，读到的可能不是最新的数据，因为在指针指向最新的array之前，读到的都还是旧的，但是最后可能能够读取到最新的，因为使用volatile来修饰array，使得最新数据能够及时的写到主内存中，而其他线程在读取array时，是从主内存中读取而非工作内存，这是分布式中的最终一致性概念。