并发库 —— CopyOnWriteArrayList概述源码分析应用场景总结

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我是靠谱客的博主贪玩酒窝，最近开发中收集的这篇文章主要介绍并发库 —— CopyOnWriteArrayList概述源码分析应用场景总结，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

CopyOnWrite(COW)是在写操作的时候copy当前数据，然后在写完数据之后设置成新的数据。适用于读多写少的并发场景。

CopyOnWrite 使用了 ReentrantLock(支持重入的独占锁) 来支持并发操作。ReentrantLock 是一种支持重入的独占锁，任意时刻只允许一个线程来获得锁。ReentrantLock 默认是非公平锁(即不按照进入等待队列的顺序唤醒线程)机制。

本质是一种延时策略，只有在真正需要复制的时候才复制，而不是提前复制好。

源码分析

添加与读取元素

final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
final transient volatile Object[] array;
public boolean add(E e){
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock(); // 加锁，只允许一个线程进入
try{
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
Object[] newElements = Arrays.copyof(elements, len+1); // 将原数据拷贝到一个新的数组中
newElements[len] = e; // 插入数据
setArray(newElements); // 将新的数组对象设回去
return true;
} finally {
lock.unlock(); // 必须手动解锁
}
}
public boolean add (int index, E e){
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try{
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
if(index > len || index < ){
throw new IndexOutOfBoundsExcption("d--");
}
Obejct[] newElements;
int numMoved = len - index;
if(numMoved == 0){ // 如果插入尾部，则直接进行拷贝
newElements = Arrays.copyOf(elements, len+1);
} else { // 如果index位置上已经有了元素，则分两次拷贝
newElements = new Obejct[len+1];
// 将index之前的数据全部拷贝到新数组,不包括index
System.arrayCopy(elements, 0, newElements, 0, index);
// 将index之后拷贝到新数组，不包括index
System.arrayCopy(elements, idnex, newElements, index+1, numMoved);
}
newElements[index] = e;
setArray(newElements);
}finally{
lock.unlock();
}
}
// 读取的时候并没有加同步，因此允许多个线程进入读取
public E get(int index){
return get(getArray(), index);
}
pulbic
E get(Object[] array, int index){
return (E)array[index];
}

综上：在写入数据时使用ReentrantLock进行加锁，保证每一次写操作都是一个线程完成的，且每一次写操作都会先拷贝一份数据，然后再对新数组进行写操作；在读取数据的时候没有加锁，因此是允许多个线程进入访问的。所以，CopyOnWrite天生适合读多写少的场景。

数组的遍历

private final Object[] snapshot; // 数组快照
private int cursor;
// 遍历的时候会先获得当前数组对象的一个拷贝，即生成一个快照，接着遍历操作在快照上进行。
public Iterator<E> iterator(){
return COWIterator<E>(getArray(),0);
}
public void testCOWIterator(){
CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList();
list.add("xiaoming");
list.add("hanmeimei");
Iterator<String> iterator = list.iterator();
list.add("kangkang");
while(iterator.hasNext()){
syso(iterator.next());
}
// out xiaoming hanmeimei
}

综上：CopyOnWrite使用迭代器遍历时，我们只是获取当前list的一个快照，在对list获取迭代器后，再对list进行各种操作，是不会影响快照的遍历的，即每个线程都将获得当前数组的一个快照，所以迭代器不需要加锁就可以安全的实现遍历。

应用场景

应用于读多写少的并发场景。例如：白名单，黑名单，往往很长时间才会进行修改，大部分情况下我们只需要读数据。

总结

CopyOnWrite翻译来讲的话就是写时复制，就是我们往容器添加数据的时候不是直接添加，而是先将当前容器拷贝到新的容器中，然后往新的容器里面添加数据，最后在原容器的引用指向新的容器。因此，在并发读的情况下我们不需要加锁，因为当前的容器并不会被修改。

CopyOnWrite的优缺点：

优点：只在并发写的时候才会加锁，访问与读取不需要加锁，性能上比较高
缺点：
1. 由于每次写数据时会复制整个数组，若容器对象占用的内存比较大时，容易发生GC。因此如果我们想用这个COW机制的话，数据不能太大，修改机会也比较少；
2. 通过上面的源码分析，不难看出COW只能保证数据最终的一致性，不能保证数据的实时一致性。当我们碰到写入的数据需要立马读取到的话，就不要用CWO了。

最后说一句： CopyOnWriteArrayList 在修改的时候会复制整个数组，所以如果容器经常被修改或者这个数组本身就非常大的时候，是不建议使用的。反之，如果修改非常少，数组量又不大，并且对读性能要求比较高的场景，使用COW容器的效果就比较好了。