Java并發(fā)包之CopyOnWriteArrayList類的深入講解
前言
大家在學(xué)習(xí)Java的過程中,或者工作中,始終都繞不開集合。在單線程環(huán)境下,ArrayList就可以滿足要求。多線程時,我們可以使用CopyOnWriteArrayList來保證數(shù)據(jù)安全。下面我們一起來看看CopyOnWriteArrayList類中的一些值得學(xué)習(xí)的方法。
CopyOnWriteArrayList是一個線程安全的ArrayList,對其進行的修改操作都是在底層的一個復(fù)制的數(shù)組(快照)上進行的,也就是使用了寫時復(fù)制策略實現(xiàn)的。
說明:代碼部分,均基于JDK1.8
一、添加元素
寫時復(fù)制思想
CopyOnWrite, 簡稱COW,顧名思義,就是寫入的時候?qū)?dāng)前集合復(fù)制一份副本出來,新寫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@個原理,就可以不加鎖實現(xiàn)并發(fā)讀,因為當(dāng)前集合并不會添加元素,不會造成沖突。同樣的原理還應(yīng)用在MySQL中創(chuàng)建快照的過程。
/**
* 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 遍歷過程中刪除的問題
大家在學(xué)習(xí)Java期間,一定都有過使用forEach遍歷ArrayList時刪除元素都會得到一個java.util.ConcurrentModificationException的錯誤。這是因為在ArrayList的remove()方法中,有一個參數(shù)modCount 專門用來記錄修改的次數(shù),每刪除一次就modCount++。在forEach遍歷集合時,首先會記錄final int expectedModCount = modCount,若是遍歷過程中發(fā)現(xiàn)expectedModCount!=modCount,則會拋出錯誤。
下面來看看具體代碼
/**
* 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,如果你有遍歷刪除某個元素的場景,我們可以使用迭代器來刪除。
CopyOnWriteArrayList 的刪除
先來看看CopyOnWriteArrayList的remove()方法的源碼,整體邏輯與ArrayList的remove()方法一直,有區(qū)別的是沒有記錄修改次數(shù),因為每次刪除都是重新獲取的當(dāng)前數(shù)組。而forEach()方法在遍歷時也是獲取的當(dāng)前數(shù)組,因此在使用forEach遍歷時刪除元素不會拋出異常。
/**
* 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元素到尾節(jié)點的長度
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的迭代器實現(xiàn)里的remove()方法會直接拋出異常,因此在使用迭代器遍歷元素時,不能刪除元素。
總結(jié)
使用場景
基于原理,不難分析出CopyOnWriteArrayList適用于讀多寫少的并發(fā)環(huán)境
需要注意的點
因為每次添加元素都需要復(fù)制一份副本,所以最好是使用批量添加,減少復(fù)制副本的次數(shù)
缺點
一、內(nèi)存占用問題。 因為 CopyOnWrite 的寫時復(fù)制機制,所以在進行寫操作的時候,內(nèi)存里會同時駐扎兩個對象的內(nèi)存,這一點會占用額外的內(nèi)存空間。
二、數(shù)據(jù)一致性問題。 由于 CopyOnWrite 容器的修改是先修改副本,所以這次修改對于其他線程來說,并不是實時能看到的,只有在修改完之后才能體現(xiàn)出來。如果你希望寫入的的數(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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