并发十四:并发容器CopyOnWriteArrayList实现分析

CopyOnWriteArrayList

J.U.C中实现List接口的并发容器只有CopyOnWriteArrayList。
可以通过Collections.synchronizedList(list)来构造一个线程安全的List,不过对所有访问都使用synchronized进行串行化,吞吐量不高。

Copy-On-Write简称COW,中文叫做写时拷贝。之前提到过保证线程安全的几种方式加锁、不共享状态、不可变对象等。COW就是采用不可变对象来保证线程安全,它的基本思路是多个线程都共享容器中内容,当某个线程要修改内容时先拷贝出一个新容器供修改,修改完毕后,再将原容器的引用指向新容器。

CopyOnWriteArrayList :

public class CopyOnWriteArrayList<E>
    implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
    /** 锁 */
    transient final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    /** 数组 volatile 可见性 */
    private volatile transient Object[] array;
    /** 获取数组 */
    final Object[] getArray() {
        return array;
    }
    /** 设置数组 */
    final void setArray(Object[] a) {
        array = a;
    }
    /** 空list */
    public CopyOnWriteArrayList() {
        setArray(new Object[0]);
    }
    /** 基于集合创建list */
    public CopyOnWriteArrayList(Collection<? extends E> c) {}
    /** 基于数组创建list */
    public CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn) {
        setArray(Arrays.copyOf(toCopyIn, toCopyIn.length, Object[].class));
    }
    ... ...
}

添加操作:

public boolean add(E e) {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();//加锁
    try {
        Object[] elements = getArray();//获取数组
        int len = elements.length;//数组长度
        //copy一个新数组
        Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
        //元素加入新数组
        newElements[len] = e;
        //array指向新数组,array是volatile休息的
        //单次操作能保证其原子性和可见性
        setArray(newElements);
        return true;
    } finally {
        lock.unlock();//解锁
    }
}

添加操作和删除操作都是新建一个数组,操作完毕,将array重新指向新的数组,在这些修改的操作中会加锁,所有的读操作都不会加锁,也是一种读写分离的思想。

小结

1:CopyOnWriteArrayList用复制操作耗费高昂的内存和计算资源为代价,换来的是读读不互斥,读写不互斥,适用于读多写极少的场景下,比如黑名单、配置属性等等。

2:CopyOnWriteArrayList只能保证最终一致性,不能保证实时一致性。因为读写是在两个容器进行的,只有当写操作执行完毕引入指向新容器后,读才能感知到容器的变化。

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