Java中的CopyOnWriteArrayList解析

CopyOnWriteArrayList

ArrayList是非线程安全的，也就是说在多个线程下进行读写，会出现异常。既然是非线程安全，那我们就使用一些机制把它变安全不就好了。变安全的方法有很多。比如说替换成Vector，再或者是使用 Collections，可以将 ArrayList 包装成一个线程安全的类。不过这两种方法也有很大的缺点，那就是他们使用的都是独占锁，独占式锁在同一时刻只有一个线程能够获取，效率太低。于是CopyOnWriteArrayList 应运而生了。

介绍

• CopyOnWriteArrayList，采用读写分离的思想将读操作和写操作进行分开。所有修改操作都是通过对底层数组进行一次新的复制来实现。
• CopyOnWriteArrayList适合使用在读操作远远大于写操作的场景里，比如缓存。它不存在扩容的概念，每次写操作都要复制一个副本，在副本的基础上修改后改变Array引用。CopyOnWriteArrayList中写操作需要大面积复制数组，所以性能肯定很差。
• 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。

实现

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。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。

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。

CopyOnWriteArrayList 读取

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。

    /** The array, accessed only via getArray/setArray. */
    private transient volatile Object[] array;
    public E get(int index) {
        return get(getArray(), index);
    }
    final Object[] getArray() {
        return array;
    }
    private E get(Object[] a, int index) {
        return (E) a[index];
    }

CopyOnWriteArrayList 写入

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。

    /**
     * Appends the specified element to the end of this list.
     *
     * @param e element to be appended to this list
     * @return {@code true} (as specified by {@link Collection#add})
     */
    public boolean add(E e) {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            Object[] elements = getArray();
            int len = elements.length;
            Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
            newElements[len] = e;
            setArray(newElements);
            return true;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

总结

CopyOnWriteArrayList虽然是采用了读写分离的思想，但是与读写锁却有很大不同，不同之处在于copy。

1、读写锁

读线程具有实时性，写线程会阻塞。解决了数据不一致的问题。但是读写锁依然会出现读线程阻塞等待的情况

2、CopyOnWriteArrayList

读线程具有实时性，写线程会阻塞。不能解决数据不一致的问题。但是CopyOnWriteArrayList 不会出现读线程阻塞等待的情况

CopyOnWriteArrayList这是一个ArrayList的线程安全的变体，其原理大概可以通俗的理解为:初始化的时候只有一个容器，很长一段时间，这个容器数据、数量等没有发生变化的时候，大家(多个线程)，都是读取(假设这段时间里只发生读取的操作)同一个容器中的数据，所以这样大家读到的数据都是唯一、一致、安全的，但是后来有人往里面增加了一个数据，这个时候CopyOnWriteArrayList 底层实现添加的原理是先copy出一个容器(可以简称副本)，再往新的容器里添加这个新的数据，最后把新的容器的引用地址赋值给了之前那个旧的的容器地址，但是在添加这个数据的期间，其他线程如果要去读取数据，仍然是读取到旧的容器里的数据。

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