Java软件开发 | 高并发编程篇之——安全访问的集合

Posted 2022-04-12 weixin_43802541

上一期的开发干货文章，我们和大家分享了关于“支持并发安全访问的集合”中的第一个点：ConcurrentHashMap。文中对于ConcurrentHashMap的原理介绍及实现方式都做了相应阐述，相信大家应该都有所掌握。

今天，我们来看“支持并发安全访问的集合”的第二个知识点:

②CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArrayList

因为CopyOnWriteArraySet底层也是使用了CopyOnWriteArrayList来实现的，所以本篇文章以CopyOnWriteArrayList讲解为主。

CopyOnWriteArrayList是JDK1.5之后提供的一个List接口的实现子类，位于java.util.concurrent并发包下，它是一个线程安全的变体ArrayList 的实现。其实CopyOnWriteArrayList在我们的一些开发场景下就有使用，只不过我们自己很少使用它而已，例如：我们JDBC操作数据库的时候注册的Driver驱动信息就是存放在CopyOnWriteArrayList里来保证多线程安全的。

CopyOnWriteArrayList重点突出的是CopyOnWrite（写入时复制），即当有Write（add、set、remove等）操作的时候进行数组的Copy复制新的数组副本来实现，是一种读写分离的并发策略。

查看源码分析其原理：

首先看到的是CopyOnWriteArrayList里面的数据都是存放在一个被volatile修饰的数组中，即底层是动态数组的实现，只不过这个数组可以保证线程操作的可见性和代码的有序性执行。并且这里看到有个ReentrantLock所以我们猜测底层可能使用了Lock锁的实现。

再来看下其write操作代码:

我们发现确实使用了不被序列化的ReentrantLock锁来实现的线程同步，并且锁的粒度大几乎囊括了整个操作方法，这里没有考虑使用synchronized的原因是因为lock锁操作起来更加灵活，我们可以看到它在try…finally结构中不管是否操作成功都会释放锁不会导致锁的阻塞。

CopyOnWriteArrayList设计的好处：

1．线程安全操作和效率

底层使用了ReentrantLock保证了增删改write操作的线程安全性，并且相比于Vector每个操作方法都通过synchronized同步方法处理来说，CopyOnWriteArrayList的同步锁更加灵活，并且CopyOnWriteArrayList读操作是没有锁的，所以读操作效率要高于Vector。

2．读写分离

CopyOnWriteArrayList其遍历操作和写操作是作用再不同的数组中，遍历是使用了其声明的Object[] array进行遍历（其迭代器也不支持write操作），而写的时候是新创建的数组操作所以不会出现线程安全的问题。

这点List则不行，List在遍历时，如果中途有别的线程对list数据进行修改，则会抛出ConcurrentModificationException异常，如图所示：

使用CopyOnWriteArrayList则程序不会报错。

3．数据最终一致性

虽然CopyOnWriteArrayList读和写使用的并不是同一个array对象，不能够保证一个线程数据在写的时候另外一个线程立马能读到，但是因为使用了锁所以最终读到的数据都是一致的。

CopyOnWriteArrayList的缺点：

1. 内存占用太大，缺点很明显的就是在wirte操作的时候，我们发现它都是使用Arrays.copyOf复制到一个新数组来完成的，如果有频繁的wirte操作就比较的占用内存，可能引起频繁的JVMYong GC和Full GC操作，write操作效率比较低；

2. 无法保证数据的实时一致性，因为其读和写在不同的array中操作，所以如果多个线程在操作，例如线程A、B，如果想要保证线程A写入线程B马上能读到就不行，但是不适合对实时性要求比较高的场景。

CopyOnWriteArrayList使用场景：

CopyOnWriteArrayList适合使用在数据读多写少的情况下，如果数据对实时性要求比较高的业务场景则不适合使用CopyOnWriteArrayList。例如：如果业务需要配置信息、有黑名单、白名单等一些更新不频繁但是读取频繁的场景就适合使用CopyOnWriteArrayList在存储，另外很多的一些中间件之类的核心结构也是使用的CopyOnWriteArrayList比如:MQ中间件的一种kafaka的核心数据结构等。