CopyOnWriteArrayList 的具体介绍

Posted 2022-06-15 ABin-阿斌

文章目录

• 一、CopyOnWriteArrayList 简介
• 二、CopyOnWriteArrayList 是如何做到的
• 三、CopyOnWriteArrayList 读取和写入源码简单分析
• • 1、CopyOnWriteArrayList 读取操作的实现
  • 2、CopyOnWriteArrayList 写入操作的实现
• 四、CopyOnWriteArrayList的使用场景
• • 1、CopyOnWriteArrayList 的不足之处：
• 五、CopyOnWriteArrayList 与 Vector 的区别
• 六、参数文献

一、CopyOnWriteArrayList 简介

• 在很多应用场景中，读操作可能会远远大于写操作。由于读操作根本不会修改原有的数据，因此如果每次读取都进行加锁操作，其实是一种资源浪费。我们应该允许多个线程同时访问 List 的内部数据，毕竟读操作是线程安全的。

• 这和 ReentrantReadWriteLock 读写锁的思想非常类似，也就是 读读共享、写写互斥、读写互斥、写读互斥。

• JDK中提供了 CopyOnWriteArrayList 类，相比于在读写锁的思想又更进一步。为了将读取的性能发挥到极致，CopyOnWriteArrayList 读取是完全不用加锁的，并且更厉害的是：写入也不会阻塞读取操作，只有写入和写入之间需要进行同步等待，读操作的性能得到大幅度提升。

二、CopyOnWriteArrayList 是如何做到的

• CopyOnWriteArrayList 类的所有可变操作（add，set等等）都是通过创建底层数组的新副本来实现的。当 List 需要被修改的时候，并不直接修改原有数组对象，而是对原有数据进行一次拷贝，将修改的内容写入副本中。

• 写完之后，再将修改完的副本替换成原来的数据，这样就可以保证写操作不会影响读操作了。

• 从 CopyOnWriteArrayList 的名字可以看出，CopyOnWriteArrayList 是满足 CopyOnWrite 的 ArrayList。

• 所谓 CopyOnWrite 的意思：就是对一块内存进行修改时，不直接在原有内存块中进行写操作，而是将内存拷贝一份，在新的内存中进行写操作，写完之后，再将原来指向的内存指针指到新的内存，原来的内存就可以被回收。

三、CopyOnWriteArrayList 读取和写入源码简单分析

1、CopyOnWriteArrayList 读取操作的实现

• 读取操作没有任何同步控制和锁操作，理由就是内部数组 array 不会发生修改，只会被另外一个 array 替换，因此可以保证数据安全。

• get方法： 底层源码

2、CopyOnWriteArrayList 写入操作的实现

• CopyOnWriteArrayList 写入操作 add() 方法在添加集合的时候加了锁，保证同步，避免多线程写的时候会 copy 出多个副本。

• add方法： 底层源码

• 由于所有的写操作都是在新数组进行的，这个时候如果有线程并发的写，则通过锁来控制，如果有线程并发的读，则分几种情况：

  • 1、如果写操作未完成，那么直接读取原数组的数据；
  • 2、如果写操作完成，但是引用还未指向新数组，那么也是读取原数组数据；
  • 3、如果写操作完成，并且引用已经指向了新的数组，那么直接从新数组中读取数据。

• 可见， CopyOnWriteArrayList 的读操作是可以不用加锁的。

四、CopyOnWriteArrayList的使用场景

1、CopyOnWriteArrayList 的不足之处：

• 由于写操作的时候，需要拷贝数组，会消耗内存，如果原数组的内容比较多的情况下，可能导致 young gc 或者 full gc

• 不能用于实时读的场景，像拷贝数组、新增元素都需要时间，所以调用一个 set 操作后，读取到数据可能还是旧的，虽然CopyOnWriteArrayList 能做到最终一致性,但是还是没法满足实时性要求

• CopyOnWriteArrayList 合适读多写少的场景，不过这类慎用

• 因为谁也没法保证 CopyOnWriteArrayList 到底要放置多少数据，万一数据稍微有点多，每次 add/set 都要重新复制数组，这个代价实在太高昂了。在高性能的互联网应用中，这种操作分分钟引起故障。

五、CopyOnWriteArrayList 与 Vector 的区别

• Vector 是【绝对】线程安全的，CopyOnWriteArrayList 只能保证读线程会读到【已完成】的写结果，但无法像 Vector一样实现读操作的【等待写操作完成后再读最新值】的能力

• CopyOnWriteArrayList 读性能远高于 Vector，并发线程越多优势越明显

• CopyOnWriteArrayList 占用更多的内存空间

• Vector 不能避免 ConcurrentModificationException 问题，而 CopyOnWriteArrayList 不存在这个问题。

六、参数文献

• https://www.jianshu.com/p/a864609534a1
• https://www.jianshu.com/p/9b6a4d0b94ac