CopyOnWriteArrayList源码解析

Posted 2020-09-20 二三事

 

 

CopyOnWriteArrayList是java1.5版本提供的一个线程安全的ArrayList变体。

在讲解5.1.1ArrayList的时候，有说明ArrayList的fail-fast特性，它是指在遍历过程中，如果ArrayList内容发生过修改，会抛出ConcurrentModificationException。

在多线程环境下，这种情况变得尤为突出，参见测试代码（代码基于java8）：

 

ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);

for (int i = 0; i < 100; i++) {

// 启动一个写ArrayList的线程

executorService.execute(() -> {

list.add(1);

});

// 启动一个读ArrayList的线程

executorService.execute(() -> {

for (Integer v : list) {

System.out.println(v);

}

});

}

 

 

 

设想下面两种处理方式：

1、不使用迭代器形式转而使用下标来遍历，这就带来了一个问题，读写没有分离，写操作会影响到读的准确性，甚至导致IndexOutOfBoundsException，比如下面的例子：

上述例子在多线程执行过程中，list.remove(0)会减少list的size，而读操作使用的是首次遍历的size，必然会出现严重的运行时异常，所以，遍历下标的方法不可取。

 

              executorService.execute(() -> {

　　　　　　　　　　list.remove(0);

　　　　　　　　});

　　　　　　　　executorService.execute(() -> {

　　　　　　　　　　　　for (int x = 0, len = list.size(); x < len; x++) {

　　　　　　　　　　　　　　System.out.println(list.get(x));

　　　　　　　　　　　　}

　　　　　　　　});

 

2、不直接遍历list，而是把list拷贝一份数组，再行遍历，比如把读过程修改成下面这样：

executorService.execute(() -> {

    for (Integer v : list.toArray(new Integer[0])) {

        System.out.println(v);

    }

});

 

 

此方法在CopyOnWriteArrayList出现之前较为常见，其本质是把list内容拷贝到了一个新的数组中，CopyOnWriteArrayList也是采取的类似的手段，区别在于，这个例子使用的是CopyOnRead方式，也就是读时拷贝。

下面来介绍下CopyOnWriteArrayList的写时拷贝的实现方式。

1.1.1.1.1 写时拷贝

写时拷贝，自然是在做写操作时，把原始数据拷贝到一个新的数组，涉及到写操作的是三个方法add，remove和set，以add方法为例：

public boolean add(E e) {

    //加锁

        final ReentrantLock lock = this.lock;

        lock.lock();

        try {

            //拷贝数据

            Object[] elements = getArray();

            int len = elements.length;

            Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);

            newElements[len] = e;

            setArray(newElements);

            return true;

        } finally {

            //解锁

            lock.unlock();

        }

    }

 

 

可以注意到，在每一次add操作里，数组都被copy了一份副本，这就是写时拷贝的原理。

那么，写时拷贝和读时拷贝各有什么优势呢？

如果一个list的遍历操作比写入操作频繁，应该使用CopyOnWriteArrayList，反之，则考虑使用读时拷贝的方式。