CopyOnWriteArrayList分析

ArrayList是比较常用的一个可变大小的数组集合，但是是不能同步的。如果多个线程同时访问一个ArrayList实例，其中至少一个线程从结构上修改了列表，那么它必须保持外部同步。一般通过加锁对象进行同步操作来完成，如果不存在这样的对象，则应该使用 Collections.synchronizedList 方法将该列表“包装”起来：

        List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList(...));

此类的 iterator 和 listIterator 方法返回的迭代器是快速失败的：在创建迭代器之后，除非通过迭代器自身的 remove 或 add 方法从结构上对列表进行修改，否则在任何时间以任何方式对列表进行修改，迭代器都会抛出 ConcurrentModificationException。因此，面对并发的修改，迭代器会完全失败，而不是冒着在将来某个不确定时间发生任意不确定行为的风险。

CopyOnWriteArrayList是ArrayList的一个线程安全的变体实现，即可在多线程并发环境中使用。而它的可变操作都是通过对ArrayList中存储的数组通过一次新的复制来实现的。 当对列表进行修改(add,remove等)操作时，先lock,然后copy一份，也就是先复制一份当前的数据存储结构,然后进行相应的操作。这也就让get操作从同步中释放出来。因为对数据的改变会在副本中进行，所以不需要同步，只是有可能独到脏数据，但这对于某些应用来说，问题不大，适合于少量写大量读取的情况。

CopyOnWriteArrayList使用

CopyOnWriteArrayList数据结构比较简单，举个例子介绍它的用法：

  List<String> list =new CopyOnWriteArrayList<String>();
  list.add("4");

  list.add("5");

  list.add("6");

  list.remove(2);

 

内部实现

CopyOnWriteArrayList内部采用的存储结构是数组，且在操作时用ReentrantLock进行锁操作：

    transient final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    private volatile transient Object[] array;

CopyOnWriteArrayList的构造函数

CopyOnWriteArrayList提供了一些构造函数，下面是两个典型的函数

    public CopyOnWriteArrayList() {

        setArray(new Object[0]);//采用长度为0的数组

  }

 

    public CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn) {

    setArray(Arrays.copyOf(toCopyIn, toCopyIn.length, Object[].class));

    }

Arrays.copyOf内部使用System.arraycopy函数拷贝数据，因为System,arraycopy函数是native的，效率比自己写的数组拷贝效率高。

CopyOnWriteArrayList的get函数

Get函数比较简单，直接返回指定位置的元素。

    public E get(int index) {

        return (E)(getArray()[index]);

    }

CopyOnWriteArrayList的add函数

add函数添加之前，先加锁创建一个数组，数组长度在当前基础上加1，同时复制所有旧数组数据到新数组，然后在新数组的最后一个位置，添加新数据。然后将该新数组的引用赋予当前数组，最后解锁

    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();

    }

    }

CopyOnWriteArrayList的remove函数

remove函数跟add函数过程相似：先创建一个新的数组（长度为 原来长度-1），然后复制元素两边的数据元素, 然后将该新数组的引用赋予当前数组，整个过程也是有锁的。

    public E remove(int index) {

    final ReentrantLock lock = this.lock;

    lock.lock();

    try {

        Object[] elements = getArray();

        int len = elements.length;

        Object oldValue = elements[index];

        int numMoved = len - index - 1;

        if (numMoved == 0)//

       setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));

        else {

       Object[] newElements = new Object[len - 1];

       System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);

       System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index,

               numMoved);

       setArray(newElements);

        }

        return (E)oldValue;

    } finally {

        lock.unlock();

    }

}

 

比较ArrayList和CopyOnWriteArrayList

单线程：在元素较少的景象下，两个类的性能接近，当元素很多时，CopyOnWriteArrayList增长元素的操作会差一点。

多线程：跟着元素数量和线程数量的增长，CopyOnWriteArrayList在添加和删除元素的机能就会降落，并且比ArrayList机能低。但在查找元素时在元素数量和线程数量的增长的情况下性能比ArrayList好。

在读多写少的并发场景中，CopyOnWriteArrayList比ArrayList有着性能大的优势，是一个不错的选择。