CopyOnWriteArrayList

ArrayList是非線程安全的，也就是說在多個(gè)線程下進(jìn)行讀寫，會(huì)出現(xiàn)異常。既然是非線程安全，那我們就使用一些機(jī)制把它變安全不就好了。變安全的方法有很多。比如說替換成Vector，再或者是使用 Collections，可以將 ArrayList 包裝成一個(gè)線程安全的類。不過這兩種方法也有很大的缺點(diǎn)，那就是他們使用的都是獨(dú)占鎖，獨(dú)占式鎖在同一時(shí)刻只有一個(gè)線程能夠獲取，效率太低。于是CopyOnWriteArrayList 應(yīng)運(yùn)而生了。

介紹

• CopyOnWriteArrayList，采用讀寫分離的思想將讀操作和寫操作進(jìn)行分開。所有修改操作都是通過對(duì)底層數(shù)組進(jìn)行一次新的復(fù)制來實(shí)現(xiàn)。
• CopyOnWriteArrayList適合使用在讀操作遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于寫操作的場(chǎng)景里，比如緩存。它不存在擴(kuò)容的概念，每次寫操作都要復(fù)制一個(gè)副本，在副本的基礎(chǔ)上修改后改變Array引用。CopyOnWriteArrayList中寫操作需要大面積復(fù)制數(shù)組，所以性能肯定很差。
• CopyOnWriteArrayList 合適讀多寫少的場(chǎng)景，不過這類慎用 ，因?yàn)檎l(shuí)也沒法保證CopyOnWriteArrayList 到底要放置多少數(shù)據(jù)，萬(wàn)一數(shù)據(jù)稍微有點(diǎn)多，每次add/set都要重新復(fù)制數(shù)組，這個(gè)代價(jià)實(shí)在太高昂了。在高性能的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，這種操作分分鐘引起故障。

實(shí)現(xiàn)

CopyOnWriteArrayList 類的所有可變操作（add，set等等）都是通過創(chuàng)建底層數(shù)組的新副本來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng) List 需要被修改的時(shí)候，并不直接修改原有數(shù)組對(duì)象，而是對(duì)原有數(shù)據(jù)進(jìn)行一次拷貝，將修改的內(nèi)容寫入副本中。寫完之后，再將修改完的副本替換成原來的數(shù)據(jù)，這樣就可以保證寫操作不會(huì)影響讀操作了。所謂 CopyOnWrite 的意思：就是對(duì)一塊內(nèi)存進(jìn)行修改時(shí)，不直接在原有內(nèi)存塊中進(jìn)行寫操作，而是將內(nèi)存拷貝一份，在新的內(nèi)存中進(jìn)行寫操作，寫完之后，再將原來指向的內(nèi)存指針指到新的內(nèi)存，原來的內(nèi)存就可以被回收。

為了將讀取的性能發(fā)揮到極致，CopyOnWriteArrayList 讀取是完全不用加鎖的，并且更厲害的是：寫入也不會(huì)阻塞讀取操作，只有寫入和寫入之間需要進(jìn)行同步等待，讀操作的性能得到大幅度提升。

CopyOnWriteArrayList 讀取

讀取操作沒有任何同步控制和鎖操作，理由就是內(nèi)部數(shù)組 array 不會(huì)發(fā)生修改，只會(huì)被另外一個(gè) array 替換，因此可以保證數(shù)據(jù)安全。

    /** The array, accessed only via getArray/setArray. */
    private transient volatile Object[] array;
    public E get(int index) {
        return get(getArray(), index);
    }
    final Object[] getArray() {
        return array;
    }
    private E get(Object[] a, int index) {
        return (E) a[index];
    }

CopyOnWriteArrayList 寫入

CopyOnWriteArrayList 寫入操作 add() 方法在添加集合的時(shí)候加了鎖，保證同步，避免多線程寫的時(shí)候會(huì) copy 出多個(gè)副本。

    /**
     * Appends the specified element to the end of this list.
     *
     * @param e element to be appended to this list
     * @return {@code true} (as specified by {@link Collection#add})
     */
    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();
        }
    }

總結(jié)

CopyOnWriteArrayList雖然是采用了讀寫分離的思想，但是與讀寫鎖卻有很大不同，不同之處在于copy。

1、讀寫鎖

讀線程具有實(shí)時(shí)性，寫線程會(huì)阻塞。解決了數(shù)據(jù)不一致的問題。但是讀寫鎖依然會(huì)出現(xiàn)讀線程阻塞等待的情況

2、CopyOnWriteArrayList

讀線程具有實(shí)時(shí)性，寫線程會(huì)阻塞。不能解決數(shù)據(jù)不一致的問題。但是CopyOnWriteArrayList 不會(huì)出現(xiàn)讀線程阻塞等待的情況

CopyOnWriteArrayList這是一個(gè)ArrayList的線程安全的變體，其原理大概可以通俗的理解為:初始化的時(shí)候只有一個(gè)容器，很長(zhǎng)一段時(shí)間，這個(gè)容器數(shù)據(jù)、數(shù)量等沒有發(fā)生變化的時(shí)候，大家(多個(gè)線程)，都是讀取(假設(shè)這段時(shí)間里只發(fā)生讀取的操作)同一個(gè)容器中的數(shù)據(jù)，所以這樣大家讀到的數(shù)據(jù)都是唯一、一致、安全的，但是后來有人往里面增加了一個(gè)數(shù)據(jù)，這個(gè)時(shí)候CopyOnWriteArrayList 底層實(shí)現(xiàn)添加的原理是先copy出一個(gè)容器(可以簡(jiǎn)稱副本)，再往新的容器里添加這個(gè)新的數(shù)據(jù)，最后把新的容器的引用地址賦值給了之前那個(gè)舊的的容器地址，但是在添加這個(gè)數(shù)據(jù)的期間，其他線程如果要去讀取數(shù)據(jù)，仍然是讀取到舊的容器里的數(shù)據(jù)。

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