Java中CopyOnWriteArrayList有什么用

本篇文章給大家分享的是有關Java中CopyOnWriteArrayList有什么用，小編覺得挺實用的，因此分享給大家學習，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲，話不多說，跟著小編一起來看看吧。

ArrayList和HashMap是我們經常使用的集合，它們不是線程安全的。我們一般都知道HashMap的線程安全版本為ConcurrentHashMap，那么ArrayList有沒有類似的線程安全的版本呢？還真有，它就是CopyOnWriteArrayList。

CopyOnWrite這個短語，還有一個專門的稱謂COW. COW不僅僅是java實現集合框架時專用的機制，它在計算機中被廣泛使用。

首先看一下什么是CopyOnWriteArrayList，它的類前面的javadoc注釋很長，我們只截取最前面的一小段。如下。它的介紹中說到，CopyOnWriteArrayList是ArrayList的一個線程安全的變種，在CopyOnWriteArrayList中，所有改變操作（add，set等）都是通過給array做一個新的拷貝來實現的。通常來看，這花費的代價太大了，但是，當讀取list的線程數量遠遠多于寫list的線程數量時，這種方法依然比別的實現方式更高效。

/**
 * A thread-safe variant of {@link java.util.ArrayList} in which all mutative
 * operations ({@code add}, {@code set}, and so on) are implemented by
 * making a fresh copy of the underlying array.
 * <p>This is ordinarily too costly, but may be <em>more</em> efficient
 * than alternatives when traversal operations vastly outnumber
 * mutations, and is useful when you cannot or don't want to
 * synchronize traversals, yet need to preclude interference among
 * concurrent threads. The "snapshot" style iterator method uses a
 * reference to the state of the array at the point that the iterator
 * was created. This array never changes during the lifetime of the
 * iterator, so interference is impossible and the iterator is
 * guaranteed not to throw {@code ConcurrentModificationException}.
 * The iterator will not reflect additions, removals, or changes to
 * the list since the iterator was created. Element-changing
 * operations on iterators themselves ({@code remove}, {@code set}, and
 * {@code add}) are not supported. These methods throw
 * {@code UnsupportedOperationException}.
 **/

下面看一下成員變量。只有2個，一個是基本數據結構array，用于保存數據，一個是可重入鎖，它用于寫操作的同步。

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

下面看一下主要方法。get方法如下。get方法沒有什么特殊之處，不加鎖，直接讀取即可。

  /**
   * {@inheritDoc}
   * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
   **/
  public E get(int index) {
    return get(getArray(), index);
  }
  /**
   * Gets the array. Non-private so as to also be accessible
   * from CopyOnWriteArraySet class.
   **/
  final Object[] getArray() {
    return array;
  }
  @SuppressWarnings("unchecked")
  private E get(Object[] a, int index) {
    return (E) a[index];
  }

下面看一下add。add方法先加鎖，然后，把原array拷貝到一個新的數組中，并把待添加的元素加入到新數組，最后，再把新數組賦值給原數組。這里可以看到，add操作并不是直接在原數組上操作，而是把整個數據進行了拷貝，才操作的，最后把新數組賦值回去。

  /**
   * 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;
    lock.lock();
    try {
      Object[] elements = getArray();
      int len = elements.length;
      Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
      newElements[len] = e;
      setArray(newElements);
      return true;
    } finally {
      lock.unlock();
    }
  }
  /**
   * Sets the array.
   **/
  final void setArray(Object[] a) {
    array = a;
  }

這里，思考一個問題。線程1正在遍歷list，此時，線程2對線程進行了寫入，那么，線程1可以遍歷到線程2寫入的數據嗎？

首先明確一點，這個場景不會拋出任何異常，程序會安靜的執行完成。是否能到讀到線程2寫入的數據，取決于遍歷方式和線程2的寫入時機及位置。

首先看遍歷方式，我們2中方式遍歷list，foreach和get(i)的方式。foreach的底層實現是迭代器，所以迭代器就不單獨作為一種遍歷方式了。首先看一下通過for循環get(i)的方式。這種遍歷方式下，能否讀取到線程2寫入的數據，取決了線程2的寫入時機和位置。如果線程1已經遍歷到第5個元素了，那么如果線程2在第5個后面進行寫入，那么線程1就可以讀取到線程2的寫入。

public class MyClass {
  static List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
  public static void main(String[] args){
    list.add("a");
    list.add("b");
    list.add("c");
    list.add("d");
    list.add("e");
    list.add("f");
    list.add("g");
    list.add("h");
    //啟動線程1，遍歷數據
    new Thread(()->{
      try{
        for(int i = 0; i < list.size();i ++){
          System.out.println(list.get(i));
          Thread.sleep(1000);
        }
      }catch (Exception e){
        e.printStackTrace();
      }
    }).start();
    try{
      //主線程作為線程2，等待2s
      Thread.sleep(2000);
    }catch (Exception e){
      e.printStackTrace();
    }
    //主線程作為線程2，在位置4寫入數據，即，在遍歷位置之后寫入數據
    list.add(4,"n");
  }
}

上述程序的運行結果如下，是可以遍歷到n的。

a
b
c
d
n
e
f
g
h

如果線程2在第5個位置前面寫入，那么線程1就讀取不到線程2的寫入。同時，還會帶來一個副作用，就是某個元素會被讀取2次。代碼如下：

public class MyClass {
  static List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
  public static void main(String[] args){
    list.add("a");
    list.add("b");
    list.add("c");
    list.add("d");
    list.add("e");
    list.add("f");
    list.add("g");
    list.add("h");
    //啟動線程1，遍歷數據
    new Thread(()->{
      try{
        for(int i = 0; i < list.size();i ++){
          System.out.println(list.get(i));
          Thread.sleep(1000);
        }
      }catch (Exception e){
        e.printStackTrace();
      }
    }).start();
    try{
      //主線程作為線程2，等待2s
      Thread.sleep(2000);
    }catch (Exception e){
      e.printStackTrace();
    }
    //主線程作為線程2，在位置1寫入數據，即，在遍歷位置之后寫入數據
    list.add(1,"n");
  }
}

上述代碼的運行結果如下，其中，b被遍歷了2次。

a
b
b
c
d
e
f
g
h

那么，采用foreach方式遍歷呢？答案是無論線程2寫入時機如何，線程2都無法讀取到線程2的寫入。原因在于CopyOnWriteArrayList在創建迭代器時，取了當前時刻數組的快照。并且，add操作只會影響原數組，影響不到迭代器中的快照。

  public Iterator<E> iterator() {
    return new COWIterator<E>(getArray(), 0);
  }
  private COWIterator(Object[] elements, int initialCursor) {
      cursor = initialCursor;
      snapshot = elements;
  }

以上就是Java中CopyOnWriteArrayList有什么用，小編相信有部分知識點可能是我們日常工作會見到或用到的。希望你能通過這篇文章學到更多知識。更多詳情敬請關注億速云行業資訊頻道。