CopyOnWriteArrayList是Java并發(fā)包中提供的一個(gè)并發(fā)容器，它是個(gè)線程安全且讀操作無鎖的ArrayList，寫操作則通過創(chuàng)建底層數(shù)組的新副本來實(shí)現(xiàn)，是一種讀寫分離的并發(fā)策略，我們也可以稱這種容器為"寫時(shí)復(fù)制器"，Java并發(fā)包中類似的容器還有CopyOnWriteSet。本文會(huì)對CopyOnWriteArrayList的實(shí)現(xiàn)原理及源碼進(jìn)行分析。

實(shí)現(xiàn)原理

　　我們都知道，集合框架中的ArrayList是非線程安全的，Vector雖是線程安全的，但由于簡單粗暴的鎖同步機(jī)制，性能較差。而CopyOnWriteArrayList則提供了另一種不同的并發(fā)處理策略（當(dāng)然是針對特定的并發(fā)場景）。

　　很多時(shí)候，我們的系統(tǒng)應(yīng)對的都是讀多寫少的并發(fā)場景。CopyOnWriteArrayList容器允許并發(fā)讀，讀操作是無鎖的，性能較高。至于寫操作，比如向容器中添加一個(gè)元素，則首先將當(dāng)前容器復(fù)制一份，然后在新副本上執(zhí)行寫操作，結(jié)束之后再將原容器的引用指向新容器。

　　優(yōu)缺點(diǎn)分析

　　了解了CopyOnWriteArrayList的實(shí)現(xiàn)原理，分析它的優(yōu)缺點(diǎn)及使用場景就很容易了。

　　優(yōu)點(diǎn)：

　　讀操作性能很高，因?yàn)闊o需任何同步措施，比較適用于讀多寫少的并發(fā)場景。Java的list在遍歷時(shí)，若中途有別的線程對list容器進(jìn)行修改，則會(huì)拋出ConcurrentModificationException異常。而CopyOnWriteArrayList由于其"讀寫分離"的思想，遍歷和修改操作分別作用在不同的list容器，所以在使用迭代器進(jìn)行遍歷時(shí)候，也就不會(huì)拋出ConcurrentModificationException異常了

　　缺點(diǎn)：

　　缺點(diǎn)也很明顯，一是內(nèi)存占用問題，畢竟每次執(zhí)行寫操作都要將原容器拷貝一份，數(shù)據(jù)量大時(shí)，對內(nèi)存壓力較大，可能會(huì)引起頻繁GC；二是無法保證實(shí)時(shí)性，Vector對于讀寫操作均加鎖同步，可以保證讀和寫的強(qiáng)一致性。而CopyOnWriteArrayList由于其實(shí)現(xiàn)策略的原因，寫和讀分別作用在新老不同容器上，在寫操作執(zhí)行過程中，讀不會(huì)阻塞但讀取到的卻是老容器的數(shù)據(jù)。

源碼分析

　　基本原理了解了，CopyOnWriteArrayList的代碼實(shí)現(xiàn)看起來就很容易理解了。

public boolean add(E e) {
  //ReentrantLock加鎖，保證線程安全
  final ReentrantLock lock = this.lock;
  lock.lock();
  try {
   Object[] elements = getArray();
   int len = elements.length;
   //拷貝原容器，長度為原容器長度加一
   Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
   //在新副本上執(zhí)行添加操作
   newElements[len] = e;
   //將原容器引用指向新副本
   setArray(newElements);
   return true;
  } finally {
   //解鎖
   lock.unlock();
  }
 } 

　　添加的邏輯很簡單，先將原容器copy一份，然后在新副本上執(zhí)行寫操作，之后再切換引用。當(dāng)然此過程是要加鎖的。

　　刪除操作

public E remove(int index) {
  //加鎖
  final ReentrantLock lock = this.lock;
  lock.lock();
  try {
   Object[] elements = getArray();
   int len = elements.length;
   E oldValue = get(elements, index);
   int numMoved = len - index - 1;
   if (numMoved == 0)
    //如果要?jiǎng)h除的是列表末端數(shù)據(jù)，拷貝前l(fā)en-1個(gè)數(shù)據(jù)到新副本上，再切換引用
    setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
   else {
    //否則，將除要?jiǎng)h除元素之外的其他元素拷貝到新副本中，并切換引用
    Object[] newElements = new Object[len - 1];
    System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
    System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index,
         numMoved);
    setArray(newElements);
   }
   return oldValue;
  } finally {
   //解鎖
   lock.unlock();
  }
 }

　　刪除操作同理，將除要?jiǎng)h除元素之外的其他元素拷貝到新副本中，然后切換引用，將原容器引用指向新副本。同屬寫操作，需要加鎖。

　　我們再來看看讀操作，CopyOnWriteArrayList的讀操作是不用加鎖的，性能很高。

public E get(int index) {
  return get(getArray(), index);
 }
　　直接讀取即可，無需加鎖

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

 總結(jié)

　　本文對CopyOnWriteArrayList的實(shí)現(xiàn)原理和源碼進(jìn)行了分析，并對CopyOnWriteArrayList的優(yōu)缺點(diǎn)也進(jìn)行了分析（Java并發(fā)包中還提供了CopyOnWriteSet，原理類似）。其實(shí)所謂并發(fā)容器的優(yōu)缺點(diǎn)，無非是取決于我們在面對特定并發(fā)場景時(shí)，是否能做出相對合理的選擇和應(yīng)用。也希望本文能幫助到有需要的童鞋，共勉。

以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

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