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java項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)CopyOnWriteArrayList并發(fā)容器的原理是什么

今天就跟大家聊聊有關(guān)java項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)CopyOnWriteArrayList并發(fā)容器的原理是什么,可能很多人都不太了解,為了讓大家更加了解,小編給大家總結(jié)了以下內(nèi)容,希望大家根據(jù)這篇文章可以有所收獲。

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CopyOnWriteArrayList是Java并發(fā)包中提供的一個(gè)并發(fā)容器,它是個(gè)線程安全且讀操作無(wú)鎖的ArrayList,寫操作則通過(guò)創(chuàng)建底層數(shù)組的新副本來(lái)實(shí)現(xiàn),是一種讀寫分離的并發(fā)策略,我們也可以稱這種容器為"寫時(shí)復(fù)制器",Java并發(fā)包中類似的容器還有CopyOnWriteSet。本文會(huì)對(duì)CopyOnWriteArrayList的實(shí)現(xiàn)原理及源碼進(jìn)行分析。

實(shí)現(xiàn)原理

我們都知道,集合框架中的ArrayList是非線程安全的,Vector雖是線程安全的,但由于簡(jiǎn)單粗暴的鎖同步機(jī)制,性能較差。而CopyOnWriteArrayList則提供了另一種不同的并發(fā)處理策略(當(dāng)然是針對(duì)特定的并發(fā)場(chǎng)景)。

很多時(shí)候,我們的系統(tǒng)應(yīng)對(duì)的都是讀多寫少的并發(fā)場(chǎng)景。CopyOnWriteArrayList容器允許并發(fā)讀,讀操作是無(wú)鎖的,性能較高。至于寫操作,比如向容器中添加一個(gè)元素,則首先將當(dāng)前容器復(fù)制一份,然后在新副本上執(zhí)行寫操作,結(jié)束之后再將原容器的引用指向新容器。

java項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)CopyOnWriteArrayList并發(fā)容器的原理是什么

優(yōu)缺點(diǎn)分析

了解了CopyOnWriteArrayList的實(shí)現(xiàn)原理,分析它的優(yōu)缺點(diǎn)及使用場(chǎng)景就很容易了。

優(yōu)點(diǎn):

讀操作性能很高,因?yàn)闊o(wú)需任何同步措施,比較適用于讀多寫少的并發(fā)場(chǎng)景。Java的list在遍歷時(shí),若中途有別的線程對(duì)list容器進(jìn)行修改,則會(huì)拋出ConcurrentModificationException異常。而CopyOnWriteArrayList由于其"讀寫分離"的思想,遍歷和修改操作分別作用在不同的list容器,所以在使用迭代器進(jìn)行遍歷時(shí)候,也就不會(huì)拋出ConcurrentModificationException異常了

缺點(diǎn):

缺點(diǎn)也很明顯,一是內(nèi)存占用問(wèn)題,畢竟每次執(zhí)行寫操作都要將原容器拷貝一份,數(shù)據(jù)量大時(shí),對(duì)內(nèi)存壓力較大,可能會(huì)引起頻繁GC;二是無(wú)法保證實(shí)時(shí)性,Vector對(duì)于讀寫操作均加鎖同步,可以保證讀和寫的強(qiáng)一致性。而CopyOnWriteArrayList由于其實(shí)現(xiàn)策略的原因,寫和讀分別作用在新老不同容器上,在寫操作執(zhí)行過(guò)程中,讀不會(huì)阻塞但讀取到的卻是老容器的數(shù)據(jù)。

源碼分析

基本原理了解了,CopyOnWriteArrayList的代碼實(shí)現(xiàn)看起來(lái)就很容易理解了。

public boolean add(E e) {
  //ReentrantLock加鎖,保證線程安全
  final ReentrantLock lock = this.lock;
  lock.lock();
  try {
   Object[] elements = getArray();
   int len = elements.length;
   //拷貝原容器,長(zhǎng)度為原容器長(zhǎng)度加一
   Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
   //在新副本上執(zhí)行添加操作
   newElements[len] = e;
   //將原容器引用指向新副本
   setArray(newElements);
   return true;
  } finally {
   //解鎖
   lock.unlock();
  }
 } 

添加的邏輯很簡(jiǎn)單,先將原容器copy一份,然后在新副本上執(zhí)行寫操作,之后再切換引用。當(dāng)然此過(guò)程是要加鎖的。

刪除操作

public E remove(int index) {
  //加鎖
  final ReentrantLock lock = this.lock;
  lock.lock();
  try {
   Object[] elements = getArray();
   int len = elements.length;
   E oldValue = get(elements, index);
   int numMoved = len - index - 1;
   if (numMoved == 0)
    //如果要?jiǎng)h除的是列表末端數(shù)據(jù),拷貝前l(fā)en-1個(gè)數(shù)據(jù)到新副本上,再切換引用
    setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
   else {
    //否則,將除要?jiǎng)h除元素之外的其他元素拷貝到新副本中,并切換引用
    Object[] newElements = new Object[len - 1];
    System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
    System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index,
         numMoved);
    setArray(newElements);
   }
   return oldValue;
  } finally {
   //解鎖
   lock.unlock();
  }
 }

刪除操作同理,將除要?jiǎng)h除元素之外的其他元素拷貝到新副本中,然后切換引用,將原容器引用指向新副本。同屬寫操作,需要加鎖。

我們?cè)賮?lái)看看讀操作,CopyOnWriteArrayList的讀操作是不用加鎖的,性能很高。

public E get(int index) {
  return get(getArray(), index);
 }
  直接讀取即可,無(wú)需加鎖

 private E get(Object[] a, int index) {
  return (E) a[index];
 }

看完上述內(nèi)容,你們對(duì)java項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)CopyOnWriteArrayList并發(fā)容器的原理是什么有進(jìn)一步的了解嗎?如果還想了解更多知識(shí)或者相關(guān)內(nèi)容,請(qǐng)關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)行業(yè)資訊頻道,感謝大家的支持。


本文標(biāo)題:java項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)CopyOnWriteArrayList并發(fā)容器的原理是什么
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