線程安全的CopyOnWriteArrayList介紹

證實CopyOnWriteArrayList是線程安全的

先寫一段代碼證實CopyOnWriteArrayList確實是線程安全的。java

ReadThread.java數組

import java.util.List;

public class ReadThread implements Runnable {
    private List<Integer> list;

    public ReadThread(List<Integer> list) {
        this.list = list;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (Integer ele : list) {
            System.out.println("ReadThread:"+ele);
        }
    }
}

WriteThread.java安全

import java.util.List;

public class WriteThread implements Runnable {
    private List<Integer> list;

    public WriteThread(List<Integer> list) {
        this.list = list;
    }

    @Override
    public void run() {
        this.list.add(9);
    }
}

測試程序:TestCopyOnWriteArrayList.java多線程

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class TestCopyOnWriteArrayList {

    private void test() {
        //一、初始化CopyOnWriteArrayList
        List<Integer> tempList = Arrays.asList(new Integer [] {1,2});
        CopyOnWriteArrayList<Integer> copyList = new CopyOnWriteArrayList<>(tempList);


        //二、模擬多線程對list進行讀和寫
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
        executorService.execute(new ReadThread(copyList));
        executorService.execute(new WriteThread(copyList));
        executorService.execute(new WriteThread(copyList));
        executorService.execute(new WriteThread(copyList));
        executorService.execute(new ReadThread(copyList));
        executorService.execute(new WriteThread(copyList));
        executorService.execute(new ReadThread(copyList));
        executorService.execute(new WriteThread(copyList));

        System.out.println("copyList size:"+copyList.size());
    }


    public static void main(String[] args) {
        new TestCopyOnWriteArrayList().test();
    }
}

運行上面的代碼,沒有報出併發

java.util.ConcurrentModificationException

說明了CopyOnWriteArrayList併發多線程的環境下,仍然能很好的工做。ide

CopyOnWriteArrayList如何作到線程安全的

CopyOnWriteArrayList使用了一種叫寫時複製的方法,當有新元素添加到CopyOnWriteArrayList時,先從原有的數組中拷貝一份出來,而後在新的數組作寫操做,寫完以後,再將原來的數組引用指向到新數組。性能

當有新元素加入的時候,以下圖,建立新數組,並往新數組中加入一個新元素,這個時候,array這個引用仍然是指向原數組的。測試

輸入圖片說明

當元素在新數組添加成功後,將array這個引用指向新數組。this

輸入圖片說明

CopyOnWriteArrayList的整個add操做都是在鎖的保護下進行的。 這樣作是爲了不在多線程併發add的時候,複製出多個副本出來,把數據搞亂了,致使最終的數組數據不是咱們指望的。線程

CopyOnWriteArrayList的add操做的源代碼以下:

public boolean add(E e) {
    //一、先加鎖
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();
    try {
        Object[] elements = getArray();
        int len = elements.length;
        //二、拷貝數組
        Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
        //三、將元素加入到新數組中
        newElements[len] = e;
        //四、將array引用指向到新數組
        setArray(newElements);
        return true;
    } finally {
       //五、解鎖
        lock.unlock();
    }
}

因爲全部的寫操做都是在新數組進行的,這個時候若是有線程併發的寫,則經過鎖來控制,若是有線程併發的讀,則分幾種狀況:

  • 一、若是寫操做未完成,那麼直接讀取原數組的數據;
  • 二、若是寫操做完成,可是引用還未指向新數組,那麼也是讀取原數組數據;
  • 三、若是寫操做完成,而且引用已經指向了新的數組,那麼直接重新數組中讀取數據。

可見,CopyOnWriteArrayList的讀操做是能夠不用加鎖的。

CopyOnWriteArrayList的使用場景

經過上面的分析,CopyOnWriteArrayList 有幾個缺點:

  • 一、因爲寫操做的時候,須要拷貝數組,會消耗內存,若是原數組的內容比較多的狀況下,可能致使young gc或者full gc
  • 二、不能用於實時讀的場景,像拷貝數組、新增元素都須要時間,因此調用一個set操做後,讀取到數據可能仍是舊的,雖然CopyOnWriteArrayList 能作到最終一致性,可是仍是無法知足實時性要求;

CopyOnWriteArrayList 合適讀多寫少的場景,不過這類慎用

由於誰也無法保證CopyOnWriteArrayList 到底要放置多少數據,萬一數據稍微有點多,每次add/set都要從新複製數組,這個代價實在過高昂了。在高性能的互聯網應用中,這種操做分分鐘引發故障。

#CopyOnWriteArrayList透露的思想 如上面的分析CopyOnWriteArrayList表達的一些思想:

  • 一、讀寫分離,讀和寫分開
  • 二、最終一致性
  • 三、使用另外開闢空間的思路,來解決併發衝突
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