JUC源码分析-集合篇（四）CopyOnWriteArrayList
JUC源码分析-集合篇（四）CopyOnWriteArrayList
Copy-On-Write 简称 COW，是一种用于程序设计中的优化策略。其基本思路是，从一开始大家都在共享同一个内容，当某个人想要修改这个内容的时候，才会真正把内容 Copy 出去形成一个新的内容然后再改，这是一种延时懒惰策略。从 JDK1.5 开始 Java 并发包里提供了两个使用 CopyOnWrite 机制实现的并发容器：
CopyOnWriteArrayListArrayList 线程安全的实现CopyOnWriteArraySetSet 线程安全的实现
1. CopyOnWrite 容器
1.1 什么是 CopyOnWrite 容器
CopyOnWrite 容器即写时复制的容器。通俗的理解是当我们往一个容器添加元素的时候，不直接往当前容器添加，而是先将当前容器进行 Copy，复制出一个新的容器，然后新的容器里添加元素，添加完元素之后，再将原容器的引用指向新的容器。这样做的好处是我们可以对 CopyOnWrite 容器进行并发的读，而不需要加锁，因为当前容器不会添加任何元素。所以 CopyOnWrite 容器也是一种读写分离的思想，读和写不同的容器。
1.2 CopyOnWrite 应用场景
CopyOnWrite 并发容器用于读多写少的并发场景。使用 CopyOnWriteMap 需要注意两件事情：
-
减少扩容开销。根据实际需要，初始化 CopyOnWriteMap 的大小，避免写时 CopyOnWriteMap 扩容的开销。
-
使用批量添加。因为每次添加，容器每次都会进行复制，所以减少添加次数，可以减少容器的复制次数。
1.3 CopyOnWrite 缺点
CopyOnWrite 容器有很多优点，但是同时也存在两个问题，即内存占用问题和数据一致性问题。所以在开发的时候需要注意一下。
- 内存占用问题。因为 CopyOnWrite 的写时复制机制，所以在进行写操作的时候，内存里会同时驻扎两个对象的内存，旧的对象和新写入的对象（注意:在复制的时候只是复制容器里的引用，只是在写的时候会创建新对象添加到新容器里，而旧容器的对象还在使用，所以有两份对象内存）。如果这些对象占用的内存比较大，比如说 200M 左右，那么再写入 100M 数据进去，内存就会占用 300M，那么这个时候很有可能造成频繁的 Yong GC 和 Full GC。之前我们系统中使用了一个服务由于每晚使用 CopyOnWrite 机制更新大对象，造成了每晚 15 秒的 Full GC，应用响应时间也随之变长。
针对内存占用问题，可以通过压缩容器中的元素的方法来减少大对象的内存消耗，比如，如果元素全是 10 进制的数字，可以考虑把它压缩成 36 进制或 64 进制。或者不使用 CopyOnWrite 容器，而使用其他的并发容器，如 ConcurrentHashMap。
- 数据一致性问题。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。
2. CopyOnWriteArrayList 实现原理
List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
list.add("a");
list.add("b");
list.get(0);
在使用 CopyOnWriteArrayList 之前，我们先阅读其源码了解下它是如何实现的。以下代码是向 ArrayList 里添加元素，可以发现在添加的时候是需要加锁的，否则多线程写的时候会 Copy 出 N 个副本出来。
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();
}
}
读的时候不需要加锁，如果读的时候有多个线程正在向 ArrayList 添加数据，读还是会读到旧的数据，因为写的时候不会锁住旧的 ArrayList。
public E get(int index) {
return get(getArray(), index);
}
实现很简单，只要了解了 CopyOnWrite 机制，我们可以实现各种 CopyOnWrite 容器，并且在不同的应用场景中使用。
3. CopyOnWriteArraySet 实现原理
CopyOnWriteArraySet 底层全部使用 CopyOnWriteArrayList 实现。
public CopyOnWriteArraySet() { al = new CopyOnWriteArrayList<E>(); }
// 增删改查都是调用 CopyOnWriteArrayList 的方法
public boolean add(E e) { return al.addIfAbsent(e); }
public boolean remove(Object o) { return al.remove(o); }
public boolean contains(Object o) { return al.contains(o); }
以 addIfAbsent 为例
public boolean addIfAbsent(E e) {
Object[] snapshot = getArray();
// indexOf 查找指定元素e在snapshot数组中的索引位置
return indexOf(e, snapshot, 0, snapshot.length) >= 0 ? false :
addIfAbsent(e, snapshot);
}
private boolean addIfAbsent(E e, Object[] snapshot) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
Object[] current = getArray();
int len = current.length;
if (snapshot != current) {
// Optimize for lost race to another addXXX operation
int common = Math.min(snapshot.length, len);
for (int i = 0; i < common; i++)
if (current[i] != snapshot[i] && eq(e, current[i]))
return false;
if (indexOf(e, current, common, len) >= 0)
return false;
}
Object[] newElements = Arrays.copyOf(current, len + 1);
newElements[len] = e;
setArray(newElements);
return true;
} finally {
lock.unlock();
}
}
参考：
每天用心记录一点点。内容也许不重要，但习惯很重要！
