java并发容器CopyOnWriteArrayList实现原理及源码分析

copyonwritearraylist是java并发包中提供的一个并发容器，它是个线程安全且读操作无锁的arraylist，写操作则通过创建底层数组的新副本来实现，是一种读写分离的并发策略，我们也可以称这种容器为"写时复制器"，java并发包中类似的容器还有copyonwriteset。本文会对copyonwritearraylist的实现原理及源码进行分析。

实现原理

　　我们都知道，集合框架中的arraylist是非线程安全的，vector虽是线程安全的，但由于简单粗暴的锁同步机制，性能较差。而copyonwritearraylist则提供了另一种不同的并发处理策略（当然是针对特定的并发场景）。

　　很多时候，我们的系统应对的都是读多写少的并发场景。copyonwritearraylist容器允许并发读，读操作是无锁的，性能较高。至于写操作，比如向容器中添加一个元素，则首先将当前容器复制一份，然后在新副本上执行写操作，结束之后再将原容器的引用指向新容器。

　　优缺点分析

　　了解了copyonwritearraylist的实现原理，分析它的优缺点及使用场景就很容易了。

　　优点：

　　读操作性能很高，因为无需任何同步措施，比较适用于读多写少的并发场景。java的list在遍历时，若中途有别的线程对list容器进行修改，则会抛出concurrentmodificationexception异常。而copyonwritearraylist由于其"读写分离"的思想，遍历和修改操作分别作用在不同的list容器，所以在使用迭代器进行遍历时候，也就不会抛出concurrentmodificationexception异常了

　　缺点：

　　缺点也很明显，一是内存占用问题，毕竟每次执行写操作都要将原容器拷贝一份，数据量大时，对内存压力较大，可能会引起频繁gc；二是无法保证实时性，vector对于读写操作均加锁同步，可以保证读和写的强一致性。而copyonwritearraylist由于其实现策略的原因，写和读分别作用在新老不同容器上，在写操作执行过程中，读不会阻塞但读取到的却是老容器的数据。

源码分析

　　基本原理了解了，copyonwritearraylist的代码实现看起来就很容易理解了。

public boolean add(e e) {
  //reentrantlock加锁，保证线程安全
  final reentrantlock lock = this.lock;
  lock.lock();
  try {
   object[] elements = getarray();
   int len = elements.length;
   //拷贝原容器，长度为原容器长度加一
   object[] newelements = arrays.copyof(elements, len + 1);
   //在新副本上执行添加操作
   newelements[len] = e;
   //将原容器引用指向新副本
   setarray(newelements);
   return true;
  } finally {
   //解锁
   lock.unlock();
  }
 } 

　　添加的逻辑很简单，先将原容器copy一份，然后在新副本上执行写操作，之后再切换引用。当然此过程是要加锁的。

　　删除操作

public e remove(int index) {
  //加锁
  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)
    //如果要删除的是列表末端数据，拷贝前len-1个数据到新副本上，再切换引用
    setarray(arrays.copyof(elements, len - 1));
   else {
    //否则，将除要删除元素之外的其他元素拷贝到新副本中，并切换引用
    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 {
   //解锁
   lock.unlock();
  }
 }

　　删除操作同理，将除要删除元素之外的其他元素拷贝到新副本中，然后切换引用，将原容器引用指向新副本。同属写操作，需要加锁。

　　我们再来看看读操作，copyonwritearraylist的读操作是不用加锁的，性能很高。

public e get(int index) {
  return get(getarray(), index);
 }
　　直接读取即可，无需加锁

 private e get(object[] a, int index) {
  return (e) a[index];
 }

 总结

　　本文对copyonwritearraylist的实现原理和源码进行了分析，并对copyonwritearraylist的优缺点也进行了分析（java并发包中还提供了copyonwriteset，原理类似）。其实所谓并发容器的优缺点，无非是取决于我们在面对特定并发场景时，是否能做出相对合理的选择和应用。也希望本文能帮助到有需要的童鞋，共勉。

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持。