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Java并發(fā)包之CopyOnWriteArrayList類的深入講解

 更新時(shí)間:2020年12月21日 16:55:35   作者:ChaseFor  
這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于Java并發(fā)包之CopyOnWriteArrayList類的相關(guān)資料,文中通過(guò)示例代碼介紹的非常詳細(xì),對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值,需要的朋友們下面隨著小編來(lái)一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧

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。

到此這篇關(guān)于Java并發(fā)包之CopyOnWriteArrayList類的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java并發(fā)包CopyOnWriteArrayList類內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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