【併發容器精講二、】CopyOnWriteArrayList

1. 誕生的歷史和原因

• 代替Vector和SyschronizedList 就像 ConcurrentHashMap 代替了SyschronizedMap的原因一樣
• Vector和SyschronizedList 鎖的粒度太大，併發效率較低，並且迭代時無法編輯
• Copy-On-Write 併發容器還包括CopyOnWriteArraySet,用來代替同步 Set

2. 適用場景

• 讀操作儘可能的快一些，而寫即使慢一些也沒關係

3. 讀寫規則

• 回顧讀寫鎖：讀讀共享、其他都互斥，（寫寫互斥，讀寫互斥，寫讀互斥）
• 讀寫鎖規則的升級：讀取是完全不用加鎖的，並且更厲害的是寫入也不會阻塞讀取操作，只有寫入寫入纔會同步等待

ArrayList

 public static void main(String[] args) {
        List list=new ArrayList();
        list.add("11");
        list.add("22");
        list.add("33");
        Iterator iterator = list.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            System.out.println(list);
            Object next = iterator.next();
            System.out.println(next);
            if(next.equals("11")){
                list.remove("22");
            }
            if(next.equals("33")){
                list.add("2222");
            }
        }
}

CopyOnWriteArrayList

public static void main(String[] args) {
        CopyOnWriteArrayList list = new CopyOnWriteArrayList();
        list.add("11");
        list.add("22");
        list.add("33");
        list.add("44");
        Iterator iterator = list.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.println(list);
            Object next = iterator.next();
            System.out.println(next);
            if (next.equals("11")) {
                list.remove("22");
            }
            if (next.equals("33")) {
                list.add("2222");
            }
        }


    }

通過案例我們可以發現 ArrayList 迭代修改的時候會 拋出異常 ，而CopyOnWriteArrayList 不會

4. 實現原理&源碼分析

CopyOnWrite的含義

創建新副本、讀寫分離

不可變原理

迭代的時候

我們看下ArrayList 源碼爲什麼會報錯

@SuppressWarnings("unchecked")
        public E next() {
            checkForComodification();
            int i = cursor;
            if (i >= size)
                throw new NoSuchElementException();
            Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
            if (i >= elementData.length)
                throw new ConcurrentModificationException();
            cursor = i + 1;
            return (E) elementData[lastRet = i];
        }

點開方法，他會進行一個比較操作所以會出現異常

        final void checkForComodification() {
            if (modCount != expectedModCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }

我們看下 CopyOnWriteArrayList 源碼

這是CopyOnWriteArrayList存放數據的地方，只能通過getArray獲取
並且他會上鎖，用的ReentrantLock

/** The lock protecting all mutators */
    final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    
 /** The array, accessed only via getArray/setArray. */
    private transient volatile Object[] array;

初始化 ：構造函數 新建個空的數組

/**
     * Sets the array.
     */
    final void setArray(Object[] a) {
        array = a;
    }

    /**
     * Creates an empty list.
     */
    public CopyOnWriteArrayList() {
        setArray(new Object[0]);
    }

add 方法

 /**
     * 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;
        //先拿到鎖
        lock.lock();
        try {
        //獲取初始化數組
            Object[] elements = getArray();
            //獲取長度 //copy出一個新的數組
            Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
            //將我們的參數添加到這個位置
            newElements[len] = e;
            //set方法添加至
            setArray(newElements);
            return true;
        } finally {
        //釋放鎖
            lock.unlock();
        }
    }

get方法

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

    /**
     * {@inheritDoc}
     *
     * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
     */
    public E get(int index) {
        return get(getArray(), index);
    }

 public boolean hasNext() {
            return cursor < snapshot.length;
        }

        public boolean hasPrevious() {
            return cursor > 0;
        }

        @SuppressWarnings("unchecked")
        public E next() {
        //判斷 true 和  false 
        //邏輯簡單了許多
            if (! hasNext())
                throw new NoSuchElementException();
            return (E) snapshot[cursor++];
        }

5. 缺點

• 數據一致性問題 ：CopyOnWrite只能保證數據最終一致性的問題，不能保證數據實時一致性，所以希望寫入的數據馬上能讀到，不要使用CopyOnWrite
• 內存佔用問題：因爲CopyOnWrite的寫是複製機制，所以在寫的操作，所以內存中會存在2個對象

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