线程安全的CopyOnWriteArrayList介绍

Posted 2021-01-26 garfielder007

证明CopyOnWriteArrayList是线程安全的

先写一段代码证明CopyOnWriteArrayList确实是线程安全的。

ReadThread.java

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);
}
}
}
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WriteThread.java

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);
}
}
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TestCopyOnWriteArrayList.java

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

//2、模拟多线程对list进行读和写
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();
}
}
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运行上面的代码,没有报出

java.util.ConcurrentModificationException
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说明了CopyOnWriteArrayList并发多线程的环境下，仍然能很好的工作。

CopyOnWriteArrayList如何做到线程安全的

CopyOnWriteArrayList使用了一种叫写时复制的方法，当有新元素添加到CopyOnWriteArrayList时，先从原有的数组中拷贝一份出来，然后在新的数组做写操作，写完之后，再将原来的数组引用指向到新数组。

当有新元素加入的时候，如下图，创建新数组，并往新数组中加入一个新元素,这个时候，array这个引用仍然是指向原数组的。

 

当元素在新数组添加成功后，将array这个引用指向新数组。

 

CopyOnWriteArrayList的整个add操作都是在锁的保护下进行的。
这样做是为了避免在多线程并发add的时候，复制出多个副本出来,把数据搞乱了，导致最终的数组数据不是我们期望的。

CopyOnWriteArrayList的add操作的源代码如下：

public boolean add(E e) {
//1、先加锁
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
//2、拷贝数组
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
//3、将元素加入到新数组中
newElements[len] = e;
//4、将array引用指向到新数组
setArray(newElements);
return true;
} finally {
//5、解锁
lock.unlock();
}
}
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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。

CopyOnWriteArrayList的使用场景

通过上面的分析，CopyOnWriteArrayList 有几个缺点：
1、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

2、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。

CopyOnWriteArrayList透露的思想

如上面的分析CopyOnWriteArrayList表达的一些思想：
1、读写分离，读和写分开
2、最终一致性
3、使用另外开辟空间的思路，来解决并发冲突

参考的文章

JAVA中的COPYONWRITE容器
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作者：Sam哥哥
来源：CSDN
原文：https://blog.csdn.net/linsongbin1/article/details/54581787
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