Java并发编程原理与实战三十四：并发容器CopyOnWriteArrayList原理与使用

1、ArrayList的实现原理是怎样的呢？

------》例如：ArrayList本质是实现了一个可变长度的数组。

假如这个数组的长度为10，调用add方法的时候，下标会移动到下一位，当移动到70%左右的时候。会创建一个新数组，而这个新数组的长度变成2倍或3倍等等。将原来的数据复制到新数组中,新的内容会接着添加下一位。这就是ArrayList的实现原理。

 

2、CopyOnWriteArrayList的实现原理是怎样的呢？

------》

它的实现原理是在ArrayList的实现原理的基础上实现了增强。get方法是没有线程安全性问题的（读）。而add方法时有线程安全问题的。在看源代码的时候，你就会发现，怎样做到多线程环境下能实现读和写不冲突呢？我们都知道一个普通方法上加了synchronized，在对共享资源（数组）写的时候，是无法对这数组进行读操作。

但是CopyOnWriteArrayList是可以在写的同时让用户进行读操作。其实现的原理是，目前有两个数组a,b。先将a的内容原封不动地复制到b中，写的时候要加锁，锁的不是a，而是锁b。写完之后，将原本指向a的指针，指向b。再进行读操作，就可以读到两个数据。

 

3、举例分析

java并发容器CopyOnWriteArrayList

顾名思义，当数组有变化时重新建立一个新的数组。其设计是对于线程安全容器Vector使用中出现问题的一种解.

在Vector容器中，当需要执行复合操作

代码1

class Observable 
{
private List<Observer> observers=new Vector<Observer>();

public void addObserver(){...}
public void removeObserver(){...}
public void notify()
{
Iterator<Observer> itr=observers.iterator();
while(itr.hasNext()){
Observer observer=itr.next();
observer.notify();
}
return;
}
}

Observable中的notify方法在单线程中的实现是正常的，但在多线程中，由于在notify执行过程中observers数组的内容可能会发生改变，导致遍历失效.即使observers本身是线程安全的也于是无补

通常解决这个问题，可以使用同步方法或者加锁

代码2

class Observable
{
private List<Observer> observers=new Vector<Observer>();
 
public synchronized void addObserver(){...}
 
public synchronized void removeObserver(){...}
 
//同步方法
public synchronized void notify()
{
Iterator<Observer> itr=observers.iterator();
while(itr.hasNext()){
Observer observer=itr.next();
observer.notify();
}
return;
}
}

这样的解决方案中notify的同步导致另外一个问题,即活跃性问题.当observers中有很多元素或者每一个元素的notify方法调用需要很久时，此方法将长时间持有锁.导致其他任何想修改observers的行为阻塞.最后严重影响程序性能

CopyOnWriteArrayList即在这种场景下使用.一个需要在多线程中操作，并且频繁遍历.
其解决了由于长时间锁定整个数组导致的性能问题.
其解决方案即写时拷贝。

我们先来贴出使用CopyOnWriteArrayList的Observable代码

代码3

class Observable 
{
private List<Observer> observers=new CopyOnWriteArrayList<Observer>();

public void addObserver(){...}

public void removeObserver(){...}

public void notify()
{
Iterator<Observer> itr=observers.iterator();
while(itr.hasNext()){
Observer observer=itr.next();
observer.notify();
}
return;
}
}

Observable的notify方法和代码1相同.但其不会有多线程同时操作的问题.其中的奥秘，通过分析源码可知
当CopyOnWriteArrayList添加或者删除元素时，其实现为根据当前数组重新建立一个新数组..

 当我们获取CopyOnWriteArrayList的迭代器时，迭代器内保存当前数组的引用.之后如果别的线程改变CopyOnWriteArrayList中元素,则根据CopyOnWriteArrayList的特性，其实并没有改变这个迭代器指向数组的内容.

 

4、总结

在实际运用中，在多线程环境下，如果要对List进行读的操作次数远远比写操作大的话，必须考虑使用CopyOnWriteArrayList。如果写操作比较多的话，可以考虑使用我们的同步容器去做。（为什么写操作比较多的时候要使用我们同步容器去做呢？-----》因为通过源码可以知道，CopyOnWriteArrayList如果写操作比较多的时候，会占用很多的内存）