Doug Lea大师的佳作CopyOnWriteArrayList，用不好能坑死你！

一、写在开头

我们在学习集合或者说容器的时候了解到，很多集合并非线程安全的，在并发场景下，为了保障数据的安全性，诞生了并发容器，广为人知的有ConcurrentHashMap、ConcurrentLinkedQueue、BlockingQueue等，那你们知道ArrayList也有自己对应的并发容器嘛？

作为使用频率最高的集合类之一，ArrayList线程不安全，我们在并发环境下使用，一般要辅以手动上锁、或者通过Collections.synchronizedList()转一手，为了解决这一问题，Doug Lea（道格.利）大师为我们提供了它的并发类——CopyOnWriteArrayList。

二、认知CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList 是java.util.concurrent的并发类，线程安全，遵循写时复制的原则（CopyOnWrite），什么意思呢？就是我们在对列表进行增删改时，会先创建一个列表的副本，在副本中完成增删改操作后，再将副本替换原列表，整个过程旧的列表并没有锁定，因此原来的读取操作仍可继续。

看到这里细心的同学应该已经发现了它的“弊端”了，先赋值副本，写完再替换，这是有时间差的，没错，这就是CopyOnWrite的延时更新策略，我们在发生写的同时，不阻塞读，但读取的只是旧列表中的数据，直到引用替换完成，可以保证数据的最终一致性，无法保证实时性。

三、实现原理(源码)

我们来看一下CopyOnWriteArrayList底层的源码实现，首先在内部维护了一个数组，用volatile关键字修饰，保证了数据的内存可见性

/** The array, accessed only via getArray/setArray. */
private transient volatile Object[] array;

读取：get()方法

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;
}
private E get(Object[] a, int index) {
    return (E) a[index];
}

这段源码没什么，很好理解，就是普通的读取数组的操作，这也能看出CopyOnWriteArrayList的读是不阻塞的。

新增：add()方法

public boolean add(E e) {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
	  //1. 使用Lock,保证写线程在同一时刻只有一个
    lock.lock();
    try {
		//2. 获取旧数组引用
        Object[] elements = getArray();
        int len = elements.length;
		//3. 创建新的数组，并将旧数组的数据复制到新数组中
        Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
		//4. 往新数组中添加新的数据
		newElements[len] = e;
		//5. 将旧数组引用指向新的数组
        setArray(newElements);
        return true;
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}
final void setArray(Object[] a) {
    array = a;
}

通过这段源码，我们就能够感知到前面描述的实现原理了，首先，新增元素时，内部通过可重入锁进行锁定，说明写时会独占，然后，再将原数组赋值到一个新数组中，最后，将旧数组的引用指向新数组。

四、使用注意事项，用不好坑死你

对于CopyOnWriteArrayList的日常使用，和ArrayList几乎一模一样，在这里就不用过多介绍了，但它的使用还是需要注意的，虽然可以保证线程安全，但因其特性所致，仅适应于读多写少的并发环境，对于频繁写入或者写入的对象较大，一定不要使用CopyOnWriteArrayList容器，不然会坑死你的！

【举个例子】

之前在这篇文章中：[EasyExcel导入导出百万数据量]
采用了CopyOnWriteArrayList，以此来保证在多线程写入数据库时的线程安全，由于写入的excel文件中有100万的数据量，再导入的时候非常之慢，用了514秒！

核心实现代码如下，具体内容实现可去看那篇文章哈

@Slf4j
@Service
public class EasyExcelImportHandler implements ReadListener<User> {
    /*成功数据*/
    private final CopyOnWriteArrayList<User> successList = new CopyOnWriteArrayList<>();
    /*单次处理条数*/
    private final static int BATCH_COUNT = 20000;
    @Resource
    private ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor;
    @Resource
    private UserMapper userMapper;
 
 
 
    @Override
    public void invoke(User user, AnalysisContext analysisContext) {
        if(StringUtils.isNotBlank(user.getName())){
            successList.add(user);
            return;
        }
        if(successList.size() >= BATCH_COUNT){
            log.info("读取数据：{}", successList.size());
            saveData();
        }
 
    }
 
    /**
     * 采用多线程读取数据
     */
    private void saveData() {
        List<List<User>> lists = ListUtil.split(successList, 20000);
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(lists.size());
        for (List<User> list : lists) {
            threadPoolExecutor.execute(()->{
                try {
                    userMapper.insertSelective(list.stream().map(o -> {
                        User user = new User();
                        user.setName(o.getName());
                        user.setId(o.getId());
                        user.setPhoneNum(o.getPhoneNum());
                        user.setAddress(o.getAddress());
                        return user;
                    }).collect(Collectors.toList()));
                } catch (Exception e) {
                    log.error("启动线程失败,e:{}", e.getMessage(), e);
                } finally {
                    //执行完一个线程减1,直到执行完
                    countDownLatch.countDown();
                }
            });
        }
        // 等待所有线程执行完
        try {
            countDownLatch.await();
        } catch (Exception e) {
            log.error("等待所有线程执行完异常,e:{}", e.getMessage(), e);
        }
        // 提前将不再使用的集合清空，释放资源
        successList.clear();
        lists.clear();
    }
 
    /**
     * 所有数据读取完成之后调用
     * @param analysisContext
     */
    @Override
    public void doAfterAllAnalysed(AnalysisContext analysisContext) {
        //读取剩余数据
        if(CollectionUtils.isNotEmpty(successList)){
            log.info("读取数据：{}条",successList.size());
            saveData();
        }
    }
}

而将这段代码中的CopyOnWriteArrayList换为ArrayList。

/*成功数据*/
// private final CopyOnWriteArrayList<User> successList = new CopyOnWriteArrayList<>();
private final List<User> successList =  new ArrayList<>();

导入100万数据量的耗时，直接从分钟降为秒级，由此可见CopyOnWriteArrayList在写入大对象时的性能非常之差！

五、总结

通过以上的学习，我们进行总结：CopyOnWriteArrayList的优势在于可以保证线程安全的同时，不阻塞读操作，但是这仅限于读多写少的情况；

在写多读少的情况下，或者写入的对象占用内容较大时，不建议使用CopyOnWriteArrayList；CopyOnWrite 容器只能保证数据的最终一致性，不能保证数据的实时一致性。所以如果你希望写入的的数据，马上能读到，请不要使用 CopyOnWrite 容器，最好通过 ReentrantReadWriteLock 自定义一个的列表。

六、结尾彩蛋

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