線程安全的CopyOnWriteArrayList介紹

時間 2019-11-15

原文原文鏈接

證實CopyOnWriteArrayList是線程安全的java

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

ReadThread.java安全

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);
        }
    }
}複製代碼

WriteThread.javabash

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);
    }
}複製代碼

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();
    }
}複製代碼

運行上面的代碼,沒有報出併發

java.util.ConcurrentModificationException複製代碼

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性能

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。ui

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。this

當元素在新數組添加成功後，將array這個引用指向新數組。

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。

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();
    }
}複製代碼

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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