Java并發(fā)-CopyOnWriteArrayList

前言

今天我們一起學(xué)習(xí)下java.util.concurrent并發(fā)包里的CopyOnWriteArrayList工具類。當(dāng)有多個線程可能同時遍歷、修改某個公共數(shù)組時候，如果不希望因使用synchronize關(guān)鍵字鎖住整個數(shù)組而影響性能，可以考慮使用CopyOnWriteArrayList。

CopyOnWriteArrayList API

CopyOnWriteArrayList的定義如下：

public class CopyOnWriteArrayList<E>
extends Object
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, Serializable

它也屬于Java集合框架的一部分，是[ArrayList]()的線程安全的變體，跟ArrayList的不同在于：CopyOnWriteArrayList針對數(shù)組的修改操作（add、set等）是基于內(nèi)部拷貝的一份數(shù)據(jù)而進(jìn)行的。換句話說，即使在一個線程進(jìn)行遍歷操作時有其他線程可能進(jìn)行插入或刪除操作，我們也可以“線程安全”得遍歷CopyOnWriteArrayList。

例子1：插入（刪除）數(shù)據(jù)的同時進(jìn)行遍歷

CopyOnWriteArrayList的實現(xiàn)原理是，在一個線程開始遍歷（創(chuàng)建Iterator對象）時，內(nèi)部會創(chuàng)建一個“快照”數(shù)組，遍歷基于這個快照Iterator進(jìn)行，在遍歷過程中這個快照數(shù)組不會改變，也就不會拋出ConcurrentModificationException。如果在遍歷的過程中有其他線程嘗試改變數(shù)組的內(nèi)容，就會拷貝一份新的數(shù)據(jù)進(jìn)行變更，而后面再來訪問這個數(shù)組的線程，看到的就是變更過的數(shù)組。

1. 創(chuàng)建一個CopyOnWriteArrayList數(shù)組numbers；

   CopyOnWriteArrayList<Integer> numbers = new CopyOnWriteArrayList<>(new Integer[]{1, 3, 5, 78});

   ?

2. 創(chuàng)建一個遍歷器iterator；

   Iterator<Integer> iterator = numbers.iterator();

   ?

3. 給numbers中增加（或刪除、修改）一個元素；

   numbers.add(100);

   ?

4. 利用iterator遍歷數(shù)組的元素，發(fā)現(xiàn)遍歷的結(jié)果是Iterator對象創(chuàng)建之前的；

   List<Integer> result = new LinkedList<>();
   iterator.forEachRemaining(result::add);
   assertThat(result).containsOnly(1, 3, 5, 78);

完整的例子如下：

package org.java.learn.concurrent.copyonwritearraylist;

import java.util.Iterator;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

import static org.assertj.core.api.Assertions.*;

/**
 * 作用:
 * User: duqi
 * Date: 2017/11/9
 * Time: 11:20
 */
public class CopyOnWriteArrayListExample {

    public static void main(String[] args) {
        CopyOnWriteArrayList<Integer> numbers = new CopyOnWriteArrayList<>(new Integer[]{1, 3, 5, 78});

        Iterator<Integer> iterator = numbers.iterator();
        numbers.add(100);
        List<Integer> result = new LinkedList<>();
        iterator.forEachRemaining(result::add);
        assertThat(result).containsOnly(1, 3, 5, 78);

        Iterator<Integer> iterator2 = numbers.iterator();
        numbers.remove(3);
        List<Integer> result2 = new LinkedList<>();
        iterator2.forEachRemaining(result2::add);
        assertThat(result2).containsOnly(1, 3, 5, 78, 100);
    }
}

例子2：不支持一邊遍歷一邊刪除

由于CopyOnWriteArrayList的實現(xiàn)機(jī)制——>修改操作和讀操作拿到的Iterator對象指向的不是一個數(shù)組，因此不支持基于Iterator對象的方法結(jié)果的刪除：public void remove();，例子代碼如下：

package org.java.learn.concurrent.copyonwritearraylist;

import java.util.Iterator;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

/**
 * 作用: User: duqi Date: 2017/11/9 Time: 13:40
 */
public class CopyOnWriteArrayListExample2 {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            testExceptionThrow();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    private static void testExceptionThrow() {
        CopyOnWriteArrayList<Integer> numbers = new CopyOnWriteArrayList<>(new Integer[]{1, 3, 5, 78});
        Iterator<Integer> integerIterator = numbers.iterator();
        while (integerIterator.hasNext()) {
            integerIterator.remove();
        }
    }
}

結(jié)論

CopyOnWriteArrayList適合使用在讀操作遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于寫操作的場景里，比如緩存。發(fā)生修改時候做copy，新老版本分離，保證讀的高性能，適用于以讀為主的情況。

參考資料

1. Guide to CopyOnWriteArrayList
2. CopyOnWriteArrayList詳解
3. 官方文檔：CopyOnWriteArrayList

本號專注于后端技術(shù)、JVM問題排查和優(yōu)化、Java面試題、個人成長和自我管理等主題，為讀者提供一線開發(fā)者的工作和成長經(jīng)驗，期待你能在這里有所收獲。