CopyOnWriteArrayList原理分析
CopyOnWrite 介绍
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,它们是CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet。CopyOnWrite容器非常有用，可以在非常多的并发场景中使用到。
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。
源码分析
1. add方法
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。
/**
* 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) {
synchronized (lock) {
Object[] es = getArray();
int len = es.length;
// 复制出新数组
es = Arrays.copyOf(es, len + 1);
// 把新元素添加到新数组里
es[len] = e;
// 把原数组引用指向新数组
setArray(es);
return true;
}
}
其中lock定义: (优先使用对于内置监视器，而不是ReentrantLock，只要两者都可以)
/**
* The lock protecting all mutators. (We have a mild preference
* for builtin monitors over ReentrantLock when either will do.)
*/
final transient Object lock = new Object();
2. get方法
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 elementAt(getArray(), index);
}
static <E> E elementAt(Object[] a, int index) {
return (E) a[index];
}
3. remove方法
public boolean remove(Object o) {
Object[] snapshot = getArray();
int index = indexOfRange(o, snapshot, 0, snapshot.length);
return index >= 0 && remove(o, snapshot, index);
}
/**
* A version of remove(Object) using the strong hint that given
* recent snapshot contains o at the given index.
*/
private boolean remove(Object o, Object[] snapshot, int index) {
synchronized (lock) {
Object[] current = getArray();
int len = current.length;
if (snapshot != current) findIndex: {
int prefix = Math.min(index, len);
for (int i = 0; i < prefix; i++) {
if (current[i] != snapshot[i]
&& Objects.equals(o, current[i])) {
index = i;
break findIndex;
}
}
if (index >= len)
return false;
if (current[index] == o)
break findIndex;
index = indexOfRange(o, current, index, len);
if (index < 0)
return false;
}
Object[] newElements = new Object[len - 1];
System.arraycopy(current, 0, newElements, 0, index);
System.arraycopy(current, index + 1,
newElements, index,
len - index - 1);
setArray(newElements);
return true;
}
}
先找到删除元素的index,
然后new 一个数组 , 复制index之前的部分和之后的部分到新数组里面,
最后数据指向新数组;
4. set方法
/**
* Replaces the element at the specified position in this list with the
* specified element.
*
* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
*/
public E set(int index, E element) {
synchronized (lock) {
Object[] es = getArray();
E oldValue = elementAt(es, index);
//如果元素更新,则原数组克隆后设置元素新值,最后指向数组
if (oldValue != element) {
es = es.clone();
es[index] = element;
setArray(es);
}
return oldValue;
}
}
应用场景
CopyOnWrite并发容器用于读多写少的并发场景。比如白名单，黑名单，商品类目的访问和更新场景，假如我们有一个搜索网站，用户在这个网站的搜索框中，输入关键字搜索内容，但是某些关键字不允许被搜索。这些不能被搜索的关键字会被放在一个黑名单当中，黑名单每天晚上更新一次。当用户搜索时，会检查当前关键字在不在黑名单当中，如果在，则提示不能搜索。
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。
参考链接:
http://ifeve.com/java-copy-on-write/
