java并发之 CopyOnWriteArrayList的原理和使用方法

描述

CopyOnWriteArrayList:CopyOnWriteArrayList这是一个ArrayList的线程安全的变体，其原理大概可以通俗的理解为:初始化的时候只有一个容器，很常一段时间，这个容器数据、数量等没有发生变化的时候，大家(多个线程)，都是读取(假设这段时间里只发生读取的操作)同一个容器中的数据，所以这样大家读到的数据都是唯一、一致、安全的，但是后来有人往里面增加了一个数据，这个时候CopyOnWriteArrayList 底层实现添加的原理是先copy出一个容器(可以简称副本)，再往新的容器里添加这个新的数据，最后把新的容器的引用地址赋值给了之前那个旧的的容器地址，但是在添加这个数据的期间，其他线程如果要去读取数据，仍然是读取到旧的容器里的数据。

案例

package com.base.java.test;
import java.util.ArrayList;
public class ListConcurrentTest{
    private static final int THREAD_POOL_MAX_NUM = 10;
    private List<String> mList = new ArrayList<String>();
    public static void main(String args[]){
            new ListConcurrentTest().start();
    }
    private void initData() {
        for(int i = 0 ; i <= THREAD_POOL_MAX_NUM ; i ++){
            this.mList.add("...... Line "+(i+1)+" ......");
        }
    }
    private void start(){
      initData();
     ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(THREAD_POOL_MAX_NUM);
        for(int i = 0 ; i < THREAD_POOL_MAX_NUM ; i ++){
            service.execute(new ListReader(this.mList));
            service.execute(new ListWriter(this.mList,i));
        }
        service.shutdown();
    }
    private class ListReader implements Runnable{
        private List<String> mList ;
        public  ListReader(List<String> list) { 
            this.mList = list;
        }
        @Override
        public void run() {
             if(this.mList!=null){
                for(String str : this.mList){
                 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" : "+ str);
                }
             }
        }
    }
    private class ListWriter implements Runnable{
        private List<String> mList ;
        private int mIndex;
        public  ListWriter(List<String> list,int index) { 
            this.mList = list;
            this.mIndex = index;
        }
        @Override
        public void run() {
            if(this.mList!=null){
                    //this.mList.remove(this.mIndex);
                     this.mList.add("...... add "+mIndex +" ......");
             }
        }
    }

上面的代码毋庸置疑会发生并发异常，直接运行看看效果:
这里写图片描述
所以目前最大的问题，在同一时间多个线程无法对同一个List进行读取和增删，否则就会抛出并发异常。
OK，既然出现了问题，那我们直接将ArrayList改成我们今天的主角，CopyOnWriteArrayList，再来进行测试，发现一点问题没有，运行正常。

源码

现在我们知道怎么用了，那我们就来看看源代码，到底内部它是怎么运作的呢？
这里写图片描述
从上面的图可以看得出，无论我们用哪一个构造方法创建一个CopyOnWriteArrayList对象，
都会创建一个Object类型的数组，然后赋值给成员array。
提示: transient关键字主要启用的作用是当这个对象要被序列化的时候，不要将被transient声明的变量(Object[] array)序列化到本地。

源码-新增

要看CopyOnWriteArrayList怎么处理并发的问题，当然要去了解它的增、删、修改、读取方法是怎么处理的了。现在我们直接来看看:
这里写图片描述

final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
首先使用上面的两行代码加上了锁，保证同一时间只能有一个线程在添加元素。
然后使用Arrays.copyOf(…)方法复制出另一个新的数组，而且新的数组的长度比原来数组的长度+1，副本复制完毕，新添加的元素也赋值添加完毕，最后又把新的副本数组赋值给了旧的数组，最后在finally语句块中将锁释放。

源码-移除

这里写图片描述
然后我们再来看一个remove，删除元素，很简单，就是判断要删除的元素是否最后一个，如果最后一个直接在复制副本数组的时候，复制长度为旧数组的length-1即可；但是如果不是最后一个元素，就先复制旧的数组的index前面元素到新数组中，然后再复制旧数组中index后面的元素到数组中，最后再把新数组复制给旧数组的引用。

最后在finally语句块中将锁释放。

其他的一些重载的增删、修改方法其实都是一样的逻辑，这里就不重复讲解了。

源码-读取

最后我们再来看一个读取操作的方法:
这里写图片描述
所以我们可以看到，其实读取的时候是没有加锁的。
最后我们再来看一下CopyOnWriteArrayList的优点和缺点:
优点:
1.解决的开发工作中的多线程的并发问题。
缺点:
1.内存占有问题:很明显，两个数组同时驻扎在内存中，如果实际应用中，数据比较多，而且比较大的情况下，占用内存会比较大，针对这个其实可以用ConcurrentHashMap来代替。

2.数据一致性:CopyOnWrite容器只能保证数据的最终一致性，不能保证数据的实时一致性。所以如果你希望写入的的数据，马上能读到，请不要使用CopyOnWrite容器