Java源碼解析CopyOnWriteArrayList的講解
本文基于jdk1.8進(jìn)行分析。
ArrayList和HashMap是我們經(jīng)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(gè)短語,還有一個(gè)專門的稱謂COW. COW不僅僅是java實(shí)現(xiàn)集合框架時(shí)專用的機(jī)制,它在計(jì)算機(jī)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(gè)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(gè)新的拷貝來實(shí)現(xiàn)的。通常來看,這花費(fèi)的代價(jià)太大了,但是,當(dāng)讀取list的線程數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于寫list的線程數(shù)量時(shí),這種方法依然比別的實(shí)現(xiàn)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(gè),一個(gè)是基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)array,用于保存數(shù)據(jù),一個(gè)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(gè)新的數(shù)組中,并把待添加的元素加入到新數(shù)組,最后,再把新數(shù)組賦值給原數(shù)組。這里可以看到,add操作并不是直接在原數(shù)組上操作,而是把整個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了拷貝,才操作的,最后把新數(shù)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(gè)問題。線程1正在遍歷list,此時(shí),線程2對(duì)線程進(jìn)行了寫入,那么,線程1可以遍歷到線程2寫入的數(shù)據(jù)嗎?
首先明確一點(diǎn),這個(gè)場景不會(huì)拋出任何異常,程序會(huì)安靜的執(zhí)行完成。是否能到讀到線程2寫入的數(shù)據(jù),取決于遍歷方式和線程2的寫入時(shí)機(jī)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(shí)現(xiàn)是迭代器,所以迭代器就不單獨(dú)作為一種遍歷方式了。首先看一下通過for循環(huán)get(i)的方式。這種遍歷方式下,能否讀取到線程2寫入的數(shù)據(jù),取決了線程2的寫入時(shí)機(jī)和位置。如果線程1已經(jīng)遍歷到第5個(gè)元素了,那么如果線程2在第5個(gè)后面進(jìn)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(dòng)線程1,遍歷數(shù)據(jù) 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(shù)據(jù),即,在遍歷位置之后寫入數(shù)據(jù) list.add(4,"n"); } }
上述程序的運(yùn)行結(jié)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(gè)位置前面寫入,那么線程1就讀取不到線程2的寫入。同時(shí),還會(huì)帶來一個(gè)副作用,就是某個(gè)元素會(huì)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(dòng)線程1,遍歷數(shù)據(jù) 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(shù)據(jù),即,在遍歷位置之后寫入數(shù)據(jù) list.add(1,"n"); } }
上述代碼的運(yùn)行結(jié)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(shí)機(jī)如何,線程2都無法讀取到線程2的寫入。原因在于CopyOnWriteArrayList在創(chuàng)建迭代器時(shí),取了當(dāng)前時(shí)刻數(shù)組的快照。并且,add操作只會(huì)影響原數(shù)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; }
了解清楚了遍歷方式和寫入時(shí)機(jī)對(duì)是否能夠讀取到寫入的影響,我們?cè)谑褂肅opyOnWriteArrayList時(shí)就可以根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)場景的需求,選擇合適的實(shí)現(xiàn)方式了。
總結(jié)
以上就是這篇文章的全部內(nèi)容了,希望本文的內(nèi)容對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值,謝謝大家對(duì)腳本之家的支持。如果你想了解更多相關(guān)內(nèi)容請(qǐng)查看下面相關(guān)鏈接
相關(guān)文章
Java 時(shí)間轉(zhuǎn)換的實(shí)例代碼
下面小編就為大家?guī)硪黄狫ava 時(shí)間轉(zhuǎn)換的實(shí)例代碼。小編覺得挺不錯(cuò)的,現(xiàn)在就分享給大家,也給大家做個(gè)參考。一起跟隨小編過來看看吧2016-07-07Java實(shí)現(xiàn)解析dcm醫(yī)學(xué)影像文件并提取文件信息的方法示例
這篇文章主要介紹了Java實(shí)現(xiàn)解析dcm醫(yī)學(xué)影像文件并提取文件信息的方法,結(jié)合實(shí)例形式分析了java基于第三方庫文件針對(duì)dcm醫(yī)學(xué)影像文件的解析操作相關(guān)實(shí)現(xiàn)技巧,需要的朋友可以參考下2018-04-04SpringBoot2+Netty+WebSocket(netty實(shí)現(xiàn)websocket支持URL參數(shù))問題記錄
Netty?是一個(gè)利用?Java?的高級(jí)網(wǎng)絡(luò)的能力,隱藏其背后的復(fù)雜性而提供一個(gè)易于使用的?API?的客戶端/服務(wù)器框架,這篇文章主要介紹了SpringBoot2+Netty+WebSocket(netty實(shí)現(xiàn)websocket,支持URL參數(shù)),需要的朋友可以參考下2023-12-12Java Web Fragment在項(xiàng)目中使用方法詳解
這篇文章主要介紹了Web Fragment在項(xiàng)目中使用方法詳解,文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì),對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值,需要的朋友可以參考下2020-02-02通過實(shí)例解析Spring Ioc項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)過程
這篇文章主要介紹了Spring Ioc項(xiàng)目實(shí)踐過程詳解,文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì),對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值,需要的朋友可以參考下2020-06-06