并发容器详解之CopyOnWriteArrayList

1. 诞生的历史和原因

• 代替Vector和SyschronizedList 就像 ConcurrentHashMap 代替了SyschronizedMap的原因一样
• Vector和SyschronizedList 锁的粒度太大，并发效率较低，并且迭代时无法编辑
• Copy-On-Write 并发容器还包括CopyOnWriteArraySet,用来代替同步 Set

2. 适用场景

• 读操作尽可能的快一些，而写即使慢一些也没关系

3. 读写规则

• 回顾读写锁：读读共享、其他都互斥，（写写互斥，读写互斥，写读互斥）
• 读写锁规则的升级：读取是完全不用加锁的，并且更厉害的是写入也不会阻塞读取操作，只有写入写入才会同步等待

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");
            }
        }


    }

通过案例我们可以发现 ArrayList 迭代修改的时候会 抛出异常 ，而CopyOnWriteArrayList 不会

4. 实现原理&源码分析

CopyOnWrite的含义

创建新副本、读写分离

不可变原理

迭代的时候

我们看下ArrayList 源码为什么会报错

@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];
        }

点开方法，他会进行一个比较操作所以会出现异常

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

我们看下 CopyOnWriteArrayList 源码

这是CopyOnWriteArrayList存放数据的地方，只能通过getArray获取
并且他会上锁，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 ：构造函数 新建个空的数组

/**
     * 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;
        //先拿到锁
        lock.lock();
        try {
        //获取初始化数组
            Object[] elements = getArray();
            //获取长度 //copy出一个新的数组
            Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
            //将我们的参数添加到这个位置
            newElements[len] = e;
            //set方法添加至
            setArray(newElements);
            return true;
        } finally {
        //释放锁
            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() {
        //判断 true 和  false 
        //逻辑简单了许多
            if (! hasNext())
                throw new NoSuchElementException();
            return (E) snapshot[cursor++];
        }

5. 缺点

• 数据一致性问题 ：CopyOnWrite只能保证数据最终一致性的问题，不能保证数据实时一致性，所以希望写入的数据马上能读到，不要使用CopyOnWrite
• 内存占用问题：因为CopyOnWrite的写是复制机制，所以在写的操作，所以内存中会存在2个对象

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