java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList CopyOnWriteArraySet

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我是靠谱客的博主高兴电话，最近开发中收集的这篇文章主要介绍java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList CopyOnWriteArraySet，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

CopyOnWriteArrayList

一、简介

JDK5中添加了新的concurrent包，其中包含了很多并发容器，这些容器针对多线程环境进行了优化，大大提高了容器类在并发环境下的执行效率。

CopyOnWriteArrayList类是一个线程安全的List接口的实现，在该类的内部进行元素的写操作时，底层的数组将被完整的复制，这对于读操作远远多于写操作的应用非常适合。在CopyOnWriteArrayList上进行操作时，读操作不需要加锁，而写操作类实现中对其进行了加锁。

二、具体实现

CopyOnWriteArrayList底层的定义如下：

public class CopyOnWriteArrayList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
private volatile transient E[] array;
private E[] array() { return array; }
// 该操作是加锁的，防止array在copy的时候被替换
private synchronized void copyIn(E[] toCopyIn, int first, int n) {
array
= (E[]) new Object[n];
System.arraycopy(toCopyIn, first, array, 0, n);
}
...
}

读写操作：

public class CopyOnWriteArrayList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
public E get(int index) {
// 由于包括rangeCheck和index两个操作，并不是直接在array上执行
// 而是使用本地变量elementData引用array数组，防止两个操作之间
// array被替换
E[] elementData = array();
rangeCheck(index, elementData.length);
return elementData[index];
}
public synchronized E set(int index, E element) { // 是同步的
int len = array.length;
rangeCheck(index, len);
E oldValue = array[index];
// 判断该写的元素与原数据是否相同
boolean same = (oldValue == element ||
(element != null && element.equals(oldValue)));
if (!same) {
// [1] 创建一个新数组，将原array的值拷贝至新数组
E[] newArray = (E[]) new Object[len];
System.arraycopy(array, 0, newArray, 0, len);
// [2] set的元素
newArray[index] = element;
// [3] 替换底层array数组
array = newArray;
}
return oldValue;
}
...
}

add和remove也采用相同的技术：

public class CopyOnWriteArrayList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
public synchronized boolean add(E element) {
// [1] new and copy
int len = array.length;
E[] newArray = (E[]) new Object[len+1];
System.arraycopy(array, 0, newArray, 0, len);
// [2] add element
newArray[len] = element;
// [3] change base array
array = newArray;
return true;
}
public synchronized E remove(int index) {
int len = array.length;
rangeCheck(index, len);
E oldValue = array[index];
// new一个新的数组
E[] newArray = (E[]) new Object[len-1];
// copy index之前的元素
System.arraycopy(array, 0, newArray, 0, index);
// copy余下的元素
int numMoved = len - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(array, index+1, newArray, index, numMoved);
// 替换array引用
array = newArray;
return oldValue;
}
...
}

特别注意：在CopyOnWriteArrayList上获得的Iterator是不能进行set和remove操作的，否则会抛出异常。

除了加锁外，其实还有一种方式可以防止并发修改异常，这就是将读写分离技术（不是数据库上的）。

先回顾一下一个常识：

1、JAVA中“=”操作只是将引用和某个对象关联，假如同时有一个线程将引用指向另外一个对象，一个线程获取这个引用指向的对象，那么他们之间不会发生ConcurrentModificationException，他们是在虚拟机层面阻塞的，而且速度非常快，几乎不需要CPU时间。

2、JAVA中两个不同的引用指向同一个对象，当第一个引用指向另外一个对象时，第二个引用还将保持原来的对象。

基于上面这个常识，我们再来探讨下面这个问题：

在CopyOnWriteArrayList里处理写操作（包括add、remove、set等）是先将原始的数据通过JDK1.6的Arrays.copyof()来生成一份新的数组

然后在新的数据对象上进行写，写完后再将原来的引用指向到当前这个数据对象（这里应用了常识1），这样保证了每次写都是在新的对象上（因为要保证写的一致性，这里要对各种写操作要加一把锁，JDK1.6在这里用了重入锁），

然后读的时候就是在引用的当前对象上进行读（包括get，iterator等），不存在加锁和阻塞，针对iterator使用了一个叫COWIterator的阉割版迭代器，因为不支持写操作，当获取CopyOnWriteArrayList的迭代器时，是将迭代器里的数据引用指向当前引用指向的数据对象，无论未来发生什么写操作，都不会再更改迭代器里的数据对象引用，所以迭代器也很安全（这里应用了常识2）。

CopyOnWriteArrayList中写操作需要大面积复制数组，所以性能肯定很差，但是读操作因为操作的对象和写操作不是同一个对象，读之间也不需要加锁，读和写之间的同步处理只是在写完后通过一个简单的“=”将引用指向新的数组对象上来，这个几乎不需要时间，这样读操作就很快很安全，适合在多线程里使用，绝对不会发生ConcurrentModificationException，所以最后得出结论：CopyOnWriteArrayList适合使用在读操作远远大于写操作的场景里，比如缓存。

CopyOnWriteArraySet 基本原理同上,其内部含有:

private final CopyOnWriteArrayList<E> al;