CopyOnWriteArrayList

本文介绍如何在多线程环境下使用CopyOnWriteArrayList来处理读写操作,以避免ConcurrentModificationException。通过将写操作在新对象上进行,并在遍历时确保对象一致性,实现高效且安全的并发访问。

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除了加锁外,其实还有一种方式可以防止并发修改异常,这就是将读写分离技术(不是数据库上的)。     

先回顾一下一个常识:  

1、JAVA中“=”操作只是将引用和某个对象关联,假如同时有一个线程将引用指向另外一个对象,一个线程获取这个引用指向的对象,那么他们之间不会发生ConcurrentModificationException,他们是在虚拟机层面阻塞的,而且速度非常快,几乎不需要CPU时间。 

 2、JAVA中两个不同的引用指向同一个对象,当第一个引用指向另外一个对象时,第二个引用还将保持原来的对象。     


基于上面这个常识,我们再来探讨下面这个问题:     在CopyOnWriteArrayList里处理写操作(包括add、remove、set等)是先将原始的数据通过JDK1.6的Arrays.copyof()来生成一份新的数组,然后在新的数据对象上进行写,写完后再将原来的引用指向到当前这个数据对象(这里应用了常识1),这样保证了每次写都是在新的对象上(因为要保证写的一致性,这里要对各种写操作要加一把锁,JDK1.6在这里用了重入锁),然后读的时候就是在引用的当前对象上进行读(包括 get,iterator等),不存在加锁和阻塞,针对iterator使用了一个叫COWIterator的阉割版迭代器,因为不支持写操作,当获取 CopyOnWriteArrayList的迭代器时,是将迭代器里的数据引用指向当前引用指向的数据对象,无论未来发生什么写操作,都不会再更改迭代器 里的数据对象引用,所以迭代器也很安全(这里应用了常识2)。    

 CopyOnWriteArrayList中写操作需要大面积复制数组,所以性能肯定很差,但是读操作因为操作的对象和写操作不是同一个对象,读之间也不需要加锁,读和写之间的同步处理只是在写完后通过一个简单的“=”将引用指向新的数组对象上来,这个几乎不需要时间,这样读操作就很快很安全,适合在多线程里使用,绝对不会发生ConcurrentModificationException,所以最后得出结论:CopyOnWriteArrayList适合使用在读操作远远大于写操作的场景里,比如缓存。     

在你的应用中有一个列表(List),它被频繁的遍历,但是很少被修改。像“你的主页上的前十个分类,它被频繁的访问,但是每个小时通过Quartz的Job来调度更新”。     如果你使用ArrayList来作为该列表的数据结构并且不使用同步(synchronization),你可能会遇到ConcurrentModificationException,因为在你使用Quartz的Job修改该列表时,其他的代码可能正在遍历该列表。         有些开发人员可能使用Vector或Collections.synchronizedList(List<T>)的方式来解决该问题。但是 这并没有效果!虽然在列表上add(),remove()和get()方法现在对线程是安全的,但遍历时仍然会抛出 ConcurrentModificationException!在你遍历在列表时,你需要在该列表上使用同步,同时,在使用Quartz修改它时,也 需要使用同步机制。这对性能和可扩展性来说是一个噩梦。同步需要在所有的地方出现,仅仅是因为每个小时都需要做更新。      

    幸运的是,这里有更好的解决方案。使用CopyOnWriteArrayList。     当列表上的一个结构修改发生时,一个新的拷贝(copy)就会被创建。这在经常发生修改的地方使用,将会很低效。遍历该列表将不会出现ConcurrentModificationException,因为该列表在遍历时将不会被做任何的修改。

CopyOnWriteArrayList是一个线程安全的List实现,它通过每次修改操作(添加、删除、修改)时都创建一个新的底层数组来实现线程安全性。 CopyOnWriteArrayList的特点如下: 1. 线程安全:多个线程可以同时读取CopyOnWriteArrayList的内容,而不需要额外的同步机制。这使得它非常适合在读操作远远多于写操作的场景中使用。 2. 写操作的代价较高:每次对CopyOnWriteArrayList进行写操作时,都会创建一个新的底层数组,因此写操作的代价较高。 3. 实时性较低:由于写操作会创建新的底层数组,读取操作可能会看到旧的数据,因此CopyOnWriteArrayList的实时性较低。 使用CopyOnWriteArrayList的示例代码如下: ```java import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList; public class Main { public static void main(String[] args) { CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>(); list.add("Hello"); list.add("World"); for (String item : list) { System.out.println(item); } } } ``` 在上述代码中,我们创建了一个CopyOnWriteArrayList,并向其中添加了两个元素。然后使用增强for循环遍历CopyOnWriteArrayList中的元素,并打印输出。 需要注意的是,CopyOnWriteArrayList适用于读操作远远多于写操作的场景,如果写操作非常频繁,可能会导致性能问题。此外,CopyOnWriteArrayList不保证元素的顺序性,因为在写操作时会创建新的底层数组。
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