CopyOnWriteArrayList

本文介绍了CopyOnWriteArrayList的工作原理,包括其如何通过自我复制来实现读操作的高性能,以及写操作的具体流程。

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在很多的应用场景中,读操作的可能会远远大于写操作。对于这些场景我们希望是读操作尽可能地快,而写操作慢一些也没有太大的关系。由于读操作根本不会修改原有的数据,因此对于每一次的读取都进行加锁是一种资源的浪费。根据读写锁的思想,读锁与读锁之间不冲突。但是读操作会受到写操作的阻碍,当写操作发生时,读就必须等待。否则可能读到不一致的数据。同时,如果读操作正在进行,程序也不能进行写入。

为了将读取的性能发挥到极致,jdk中提供了CopyOnWriteArrayList类。对它来说,读取是完全不用加锁的,写入也不会阻塞读取操作。只有写入与写入之间需要进行同步等待。那么它是如何做到的呢?从这个类的名字中可以看出,CopyOnWrite就是在写入操作时,进行一次自我复制。也就是对原有的数据进行一次复制,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原来的数据。这样就可以保证写操作不影响读了。

先看看读取

public class CopyOnWriteArrayList<E>
    implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
    
    private transient volatile Object[] array;

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

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

可以看到,读取代码没有任何同步控制和锁操作,因为内部数组array不会发生修改,只会被另一个array替换,可以保证数据安全。

再看看写操作

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();
    }
}

可以看到,写操作使用了锁,重点在 Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);这里在生成一个新的数组,然后将新的元素加入到newElements中,再将新的数组替换成老的数组,修改就完成了。整个过程不会影响到读取的线程。当修改完成后,读取线程可以立即察觉到这个修改,因为array被volatile修饰了。

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