java項目中實現CopyOnWriteArrayList并發容器的原理是什么

今天就跟大家聊聊有關java項目中實現CopyOnWriteArrayList并發容器的原理是什么，可能很多人都不太了解，為了讓大家更加了解，小編給大家總結了以下內容，希望大家根據這篇文章可以有所收獲。

CopyOnWriteArrayList是Java并發包中提供的一個并發容器，它是個線程安全且讀操作無鎖的ArrayList，寫操作則通過創建底層數組的新副本來實現，是一種讀寫分離的并發策略，我們也可以稱這種容器為"寫時復制器"，Java并發包中類似的容器還有CopyOnWriteSet。本文會對CopyOnWriteArrayList的實現原理及源碼進行分析。

實現原理

　　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，但由于簡單粗暴的鎖同步機制，性能較差。而CopyOnWriteArrayList則提供了另一種不同的并發處理策略（當然是針對特定的并發場景）。

　　很多時候，我們的系統應對的都是讀多寫少的并發場景。CopyOnWriteArrayList容器允許并發讀，讀操作是無鎖的，性能較高。至于寫操作，比如向容器中添加一個元素，則首先將當前容器復制一份，然后在新副本上執行寫操作，結束之后再將原容器的引用指向新容器。

　　優缺點分析

　　了解了CopyOnWriteArrayList的實現原理，分析它的優缺點及使用場景就很容易了。

　　優點：

　　讀操作性能很高，因為無需任何同步措施，比較適用于讀多寫少的并發場景。Java的list在遍歷時，若中途有別的線程對list容器進行修改，則會拋出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行遍歷時候，也就不會拋出ConcurrentModificationException異常了

　　缺點：

　　缺點也很明顯，一是內存占用問題，畢竟每次執行寫操作都要將原容器拷貝一份，數據量大時，對內存壓力較大，可能會引起頻繁GC；二是無法保證實時性，Vector對于讀寫操作均加鎖同步，可以保證讀和寫的強一致性。而CopyOnWriteArrayList由于其實現策略的原因，寫和讀分別作用在新老不同容器上，在寫操作執行過程中，讀不會阻塞但讀取到的卻是老容器的數據。

源碼分析

　　基本原理了解了，CopyOnWriteArrayList的代碼實現看起來就很容易理解了。

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，長度為原容器長度加一
   Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
   //在新副本上執行添加操作
   newElements[len] = e;
   //將原容器引用指向新副本
   setArray(newElements);
   return true;
  } finally {
   //解鎖
   lock.unlock();
  }
 } 

　　添加的邏輯很簡單，先將原容器copy一份，然后在新副本上執行寫操作，之后再切換引用。當然此過程是要加鎖的。

　　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)
    //如果要刪除的是列表末端數據，拷貝前len-1個數據到新副本上，再切換引用
    setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
   else {
    //否則，將除要刪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，將除要刪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。

　　我們再來看看讀操作，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，無需加鎖

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

看完上述內容，你們對java項目中實現CopyOnWriteArrayList并發容器的原理是什么有進一步的了解嗎？如果還想了解更多知識或者相關內容，請關注億速云行業資訊頻道，感謝大家的支持。