Java并發(fā)包之CopyOnWriteArrayList類的深入講解
前言
大家在學(xué)習(xí)Java的過(guò)程中,或者工作中,始終都繞不開(kāi)集合。在單線程環(huán)境下,ArrayList就可以滿足要求。多線程時(shí),我們可以使用CopyOnWriteArrayList來(lái)保證數(shù)據(jù)安全。下面我們一起來(lái)看看CopyOnWriteArrayList類中的一些值得學(xué)習(xí)的方法。
CopyOnWriteArrayList是一個(gè)線程安全的ArrayList,對(duì)其進(jìn)行的修改操作都是在底層的一個(gè)復(fù)制的數(shù)組(快照)上進(jìn)行的,也就是使用了寫(xiě)時(shí)復(fù)制策略實(shí)現(xiàn)的。
說(shuō)明:代碼部分,均基于JDK1.8
一、添加元素
寫(xiě)時(shí)復(fù)制思想
CopyOnWrite, 簡(jiǎn)稱COW,顧名思義,就是寫(xiě)入的時(shí)候?qū)?dāng)前集合復(fù)制一份副本出來(lái),新寫(xiě)入的值添加到副本集合里,再將原集合的引用指向新的副本集合?;谶@個(gè)原理,就可以不加鎖實(shí)現(xiàn)并發(fā)讀,因?yàn)楫?dāng)前集合并不會(huì)添加元素,不會(huì)造成沖突。同樣的原理還應(yīng)用在MySQL中創(chuàng)建快照的過(guò)程。
/** * 將指定的元素追加到此列表的末尾 * * @param e element to be appended to this list * @return {@code true} (as specified by {@link Collection#add}) */ public boolean add(E e) { // 聲明可重入鎖 final ReentrantLock lock = this.lock; // 加鎖 lock.lock(); try { // 獲取當(dāng)前數(shù)組 Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; // 復(fù)制當(dāng)前數(shù)組到一個(gè)新數(shù)組中 Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1); // 添加元素 newElements[len] = e; // 改變引用 setArray(newElements); return true; } finally { lock.unlock(); } }
二、刪除元素
ArrayList 遍歷過(guò)程中刪除的問(wèn)題
大家在學(xué)習(xí)Java期間,一定都有過(guò)使用forEach遍歷ArrayList時(shí)刪除元素都會(huì)得到一個(gè)java.util.ConcurrentModificationException的錯(cuò)誤。這是因?yàn)樵贏rrayList的remove()方法中,有一個(gè)參數(shù)modCount 專門(mén)用來(lái)記錄修改的次數(shù),每刪除一次就modCount++。在forEach遍歷集合時(shí),首先會(huì)記錄final int expectedModCount = modCount,若是遍歷過(guò)程中發(fā)現(xiàn)expectedModCount!=modCount,則會(huì)拋出錯(cuò)誤。
下面來(lái)看看具體代碼
/** * 刪除元素 */ public E remove(int index) { // 檢查下標(biāo)是否越界 rangeCheck(index); // 記錄修改次數(shù) modCount++; // 待刪除的元素 E oldValue = elementData(index); // 待刪除元素下標(biāo)之后的數(shù)組長(zhǎng)度 int numMoved = size - index - 1; if (numMoved > 0) // 刪除元素 System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work return oldValue; } /** * forEach 方法 */ @Override public void forEach(Consumer<? super E> action) { Objects.requireNonNull(action); // 記錄modCount final int expectedModCount = modCount; @SuppressWarnings("unchecked") final E[] elementData = (E[]) this.elementData; final int size = this.size; // 遍歷時(shí)判斷modCount for (int i=0; modCount == expectedModCount && i < size; i++) { action.accept(elementData[i]); } // 不相同,拋出異常 if (modCount != expectedModCount) { throw new ConcurrentModificationException(); } }
所以使用ArrayList時(shí),如果你有遍歷刪除某個(gè)元素的場(chǎng)景,我們可以使用迭代器來(lái)刪除。
CopyOnWriteArrayList 的刪除
先來(lái)看看CopyOnWriteArrayList的remove()方法的源碼,整體邏輯與ArrayList的remove()方法一直,有區(qū)別的是沒(méi)有記錄修改次數(shù),因?yàn)槊看蝿h除都是重新獲取的當(dāng)前數(shù)組。而forEach()方法在遍歷時(shí)也是獲取的當(dāng)前數(shù)組,因此在使用forEach遍歷時(shí)刪除元素不會(huì)拋出異常。
/** * 刪除元素 */ public E remove(int index) { final ReentrantLock lock = this.lock; // 加鎖 lock.lock(); try { // 獲取當(dāng)前數(shù)組 Object[] elements = getArray(); // 記錄數(shù)組的長(zhǎng)度 int len = elements.length; // 記錄待刪除元素 E oldValue = get(elements, index); // 記錄待刪除元素后一個(gè)元素到尾節(jié)點(diǎn)的長(zhǎng)度 int numMoved = len - index - 1; // 為0代表待刪除元素就在數(shù)組的末尾 if (numMoved == 0) setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1)); else { Object[] newElements = new Object[len - 1]; // 復(fù)制到新數(shù)組中 System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index); System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index, numMoved); // 改變引用 setArray(newElements); } return oldValue; } finally { lock.unlock(); } } /** * 遍歷方法 */ public void forEach(Consumer<? super E> action) { if (action == null) throw new NullPointerException(); // 獲取當(dāng)前數(shù)組 Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; for (int i = 0; i < len; ++i) { @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) elements[i]; action.accept(e); } }
值得注意的是,CopyOnWriteArrayList的迭代器實(shí)現(xiàn)里的remove()方法會(huì)直接拋出異常,因此在使用迭代器遍歷元素時(shí),不能刪除元素。
總結(jié)
使用場(chǎng)景
基于原理,不難分析出CopyOnWriteArrayList適用于讀多寫(xiě)少的并發(fā)環(huán)境
需要注意的點(diǎn)
因?yàn)槊看翁砑釉囟夹枰獜?fù)制一份副本,所以最好是使用批量添加,減少?gòu)?fù)制副本的次數(shù)
缺點(diǎn)
一、內(nèi)存占用問(wèn)題。 因?yàn)?CopyOnWrite 的寫(xiě)時(shí)復(fù)制機(jī)制,所以在進(jìn)行寫(xiě)操作的時(shí)候,內(nèi)存里會(huì)同時(shí)駐扎兩個(gè)對(duì)象的內(nèi)存,這一點(diǎn)會(huì)占用額外的內(nèi)存空間。
二、數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題。 由于 CopyOnWrite 容器的修改是先修改副本,所以這次修改對(duì)于其他線程來(lái)說(shuō),并不是實(shí)時(shí)能看到的,只有在修改完之后才能體現(xiàn)出來(lái)。如果你希望寫(xiě)入的的數(shù)據(jù)馬上能被其他線程看到,CopyOnWrite 容器是不適用的。
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