Java并发包之CopyOnWriteArrayList类的深入讲解
前言
大家在学习Java的过程中,或者工作中,始终都绕不开集合。在单线程环境下,ArrayList就可以满足要求。多线程时,我们可以使用CopyOnWriteArrayList来保证数据安全。下面我们一起来看看CopyOnWriteArrayList类中的一些值得学习的方法。
CopyOnWriteArrayList是一个线程安全的ArrayList,对其进行的修改操作都是在底层的一个复制的数组(快照)上进行的,也就是使用了写时复制策略实现的。
说明:代码部分,均基于JDK1.8
一、添加元素
写时复制思想
CopyOnWrite, 简称COW,顾名思义,就是写入的时候将当前集合复制一份副本出来,新写入的值添加到副本集合里,再将原集合的引用指向新的副本集合。基于这个原理,就可以不加锁实现并发读,因为当前集合并不会添加元素,不会造成冲突。同样的原理还应用在MySQL中创建快照的过程。
/** * 将指定的元素追加到此列表的末尾 * * @param e element to be appended to this list * @return {@code true} (as specified by {@link Collection#add}) */ public boolean add(E e) { // 声明可重入锁 final ReentrantLock lock = this.lock; // 加锁 lock.lock(); try { // 获取当前数组 Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; // 复制当前数组到一个新数组中 Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1); // 添加元素 newElements[len] = e; // 改变引用 setArray(newElements); return true; } finally { lock.unlock(); } }
二、删除元素
ArrayList 遍历过程中删除的问题
大家在学习Java期间,一定都有过使用forEach遍历ArrayList时删除元素都会得到一个java.util.ConcurrentModificationException的错误。这是因为在ArrayList的remove()方法中,有一个参数modCount 专门用来记录修改的次数,每删除一次就modCount++。在forEach遍历集合时,首先会记录final int expectedModCount = modCount,若是遍历过程中发现expectedModCount!=modCount,则会抛出错误。
下面来看看具体代码
/** * 删除元素 */ public E remove(int index) { // 检查下标是否越界 rangeCheck(index); // 记录修改次数 modCount++; // 待删除的元素 E oldValue = elementData(index); // 待删除元素下标之后的数组长度 int numMoved = size - index - 1; if (numMoved > 0) // 删除元素 System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work return oldValue; } /** * forEach 方法 */ @Override public void forEach(Consumer<? super E> action) { Objects.requireNonNull(action); // 记录modCount final int expectedModCount = modCount; @SuppressWarnings("unchecked") final E[] elementData = (E[]) this.elementData; final int size = this.size; // 遍历时判断modCount for (int i=0; modCount == expectedModCount && i < size; i++) { action.accept(elementData[i]); } // 不相同,抛出异常 if (modCount != expectedModCount) { throw new ConcurrentModificationException(); } }
所以使用ArrayList时,如果你有遍历删除某个元素的场景,我们可以使用迭代器来删除。
CopyOnWriteArrayList 的删除
先来看看CopyOnWriteArrayList的remove()方法的源码,整体逻辑与ArrayList的remove()方法一直,有区别的是没有记录修改次数,因为每次删除都是重新获取的当前数组。而forEach()方法在遍历时也是获取的当前数组,因此在使用forEach遍历时删除元素不会抛出异常。
/** * 删除元素 */ public E remove(int index) { final ReentrantLock lock = this.lock; // 加锁 lock.lock(); try { // 获取当前数组 Object[] elements = getArray(); // 记录数组的长度 int len = elements.length; // 记录待删除元素 E oldValue = get(elements, index); // 记录待删除元素后一个元素到尾节点的长度 int numMoved = len - index - 1; // 为0代表待删除元素就在数组的末尾 if (numMoved == 0) setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1)); else { Object[] newElements = new Object[len - 1]; // 复制到新数组中 System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index); System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index, numMoved); // 改变引用 setArray(newElements); } return oldValue; } finally { lock.unlock(); } } /** * 遍历方法 */ public void forEach(Consumer<? super E> action) { if (action == null) throw new NullPointerException(); // 获取当前数组 Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; for (int i = 0; i < len; ++i) { @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) elements[i]; action.accept(e); } }
值得注意的是,CopyOnWriteArrayList的迭代器实现里的remove()方法会直接抛出异常,因此在使用迭代器遍历元素时,不能删除元素。
总结
使用场景
基于原理,不难分析出CopyOnWriteArrayList适用于读多写少的并发环境
需要注意的点
因为每次添加元素都需要复制一份副本,所以最好是使用批量添加,减少复制副本的次数
缺点
一、内存占用问题。 因为 CopyOnWrite 的写时复制机制,所以在进行写操作的时候,内存里会同时驻扎两个对象的内存,这一点会占用额外的内存空间。
二、数据一致性问题。 由于 CopyOnWrite 容器的修改是先修改副本,所以这次修改对于其他线程来说,并不是实时能看到的,只有在修改完之后才能体现出来。如果你希望写入的的数据马上能被其他线程看到,CopyOnWrite 容器是不适用的。
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