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java并发容器CopyOnWriteArrayList实现原理及源码分析

程序员文章站 2024-02-21 21:00:58
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...

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。

java并发容器CopyOnWriteArrayList实现原理及源码分析

  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。