高并发编程之CopyOnWriteArrayList介绍

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我是靠谱客的博主飞快发箍，最近开发中收集的这篇文章主要介绍高并发编程之CopyOnWriteArrayList介绍，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

一、CopyOnWriteArrayList介绍
①、CopyOnWriteArrayList，写数组的拷贝，支持高效率并发且是线程安全的,读操作无锁的ArrayList。所有可变操作都是通过对底层数组进行一次新的复制来实现。
②、CopyOnWriteArrayList适合使用在读操作远远大于写操作的场景里，比如缓存。它不存在扩容的概念，每次写操作都要复制一个副本，在副本的基础上修改后改变Array引用。CopyOnWriteArrayList中写操作需要大面积复制数组，所以性能肯定很差。
③、CopyOnWriteArrayList 合适读多写少的场景，不过这类慎用，因为谁也没法保证CopyOnWriteArrayList 到底要放置多少数据，万一数据稍微有点多，每次add/set都要重新复制数组，这个代价实在太高昂了。在高性能的互联网应用中，这种操作分分钟引起故障。

二、CopyOnWriteArrayList 有几个缺点：
1、由于写操作的时候，需要拷贝数组，会消耗内存，如果原数组的内容比较多的情况下，可能导致young gc或者full gc。
（1、young gc ：年轻代（Young Generation）：对象被创建时，内存的分配首先发生在年轻代（大对象可以直接被创建在年老代），大部分的对象在创建后很快就不再使用，因此很快变得不可达，于是被年轻代的GC机制清理掉（IBM的研究表明，98%的对象都是很快消亡的），这个GC机制被称为Minor GC或叫Young GC。
2、年老代（Old Generation）：对象如果在年轻代存活了足够长的时间而没有被清理掉（即在几次Young GC后存活了下来），则会被复制到年老代，年老代的空间一般比年轻代大，能存放更多的对象，在年老代上发生的GC次数也比年轻代少。当年老代内存不足时，将执行Major GC，也叫 Full GC
）

2、不能用于实时读的场景，像拷贝数组、新增元素都需要时间，所以调用一个set操作后，读取到数据可能还是旧的,虽然CopyOnWriteArrayList 能做到最终一致性,但是还是没法满足实时性要求；
三、CopyOnWriteArrayList的一些方法
1、add(E e) ：将指定元素添加到此列表的尾部，返回值为boolean。
2、add(int index, E element) : 在此列表的指定位置上插入指定元素。
3、clear()：从此列表移除所有元素。
4、contains(Object o) ：如果此列表包含指定的元素，则返回 true。
5、equals(Object o) ：比较指定对象与此列表的相等性。
6、get(int index) ：返回列表中指定位置的元素。
7、hashCode() ：返回此列表的哈希码值。
8、indexOf(E e, int index) ：返回第一次出现的指定元素在此列表中的索引，从 index 开始向前搜索，如果没有找到该元素，则返回 -1。
9、indexOf(Object o) ：返回此列表中第一次出现的指定元素的索引；如果此列表不包含该元素，则返回 -1。
10、isEmpty() ：如果此列表不包含任何元素，则返回 true。
11、iterator() ：返回以恰当顺序在此列表元素上进行迭代的迭代器，返回值为 Iterator。
12、lastIndexOf(E e, int index) ：返回最后一次出现的指定元素在此列表中的索引，从 index 开始向后搜索，如果没有找到该元素，则返回 -1。
13、lastIndexOf(Object o) ：返回此列表中最后出现的指定元素的索引；如果列表不包含此元素，则返回 -1。
14、remove(int index) ：移除此列表指定位置上的元素。
15、remove(Object o) ：从此列表移除第一次出现的指定元素（如果存在），返回值为 boolean。
16、set(int index, E element) ：用指定的元素替代此列表指定位置上的元素。
17、size() ：返回此列表中的元素数。
18、subList(int fromIndex, int toIndex) ：返回此列表中 fromIndex（包括）和 toIndex（不包括）之间部分的视图，返回值为 List 。

四、Java代码示例

package chapter3.copyonwrite;

import java.util.Iterator;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

/**
 * @author czd
 */
public class CopyOnWriteArrayListTest {
    public static void main(String[] args) {
        /**
         * 构造方法摘要
         * CopyOnWriteArrayList()：
         *           创建一个空列表。
         * CopyOnWriteArrayList(Collection<? extends E> c)：
         *           创建一个按 collection 的迭代器返回元素的顺序包含指定 collection 元素的列表。
         * CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn)：
         *           创建一个保存给定数组的副本的列表。
         */

        /**
         * 1、add(E e) :将指定元素添加到此列表的尾部,返回值为boolean。
         *
         * 2、iterator() :返回以恰当顺序在此列表元素上进行迭代的迭代器,返回值为Iterator<E>。
         */
        CopyOnWriteArrayList<Integer> copyOnWriteArrayList = new CopyOnWriteArrayList<>();
        Boolean addBoolean = copyOnWriteArrayList.add(1);
        System.out.println("是否添加到此列表的尾部?" + addBoolean);
        Iterator<Integer> iterator = copyOnWriteArrayList.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            System.out.println("iterator的结果: " + iterator.next());
        }

        /**
         * 3、add(int index, E element) :在此列表的指定位置上插入指定元素。
         */
        CopyOnWriteArrayList<Integer> copyOnWriteArrayList1 = new CopyOnWriteArrayList<>();
        copyOnWriteArrayList1.add(1);
        copyOnWriteArrayList1.add(2);
        copyOnWriteArrayList1.add(2,5);
//        copyOnWriteArrayList1.add(4,6);
        System.out.println("index = 0 的值为：" + copyOnWriteArrayList1.get(0));
        System.out.println("index = 1 的值为：" + copyOnWriteArrayList1.get(1));
        System.out.println("index = 2 的值为：" + copyOnWriteArrayList1.get(2));
//        System.out.println("index = 4 的值为：" + copyOnWriteArrayList1.get(4));
        /**
         * 注意：如果使用add(int index, E element),必须保证index的前面的index存在值，不然会报错。
         *      （可以把上两行注释去掉，运行试试结果）
         */

        /**
         * 4.1、indexOf(E e, int index)
         *           返回第一次出现的指定元素在此列表中的索引，从 index 开始向前搜索，如果没有找到该元素，则返回 -1。
         * 4.2、indexOf(Object o)
         *           返回此列表中第一次出现的指定元素的索引；如果此列表不包含该元素，则返回 -1。
         */
        CopyOnWriteArrayList<Integer> copyOnWriteArrayList2 = new CopyOnWriteArrayList<>();
        copyOnWriteArrayList2.add(1);
        copyOnWriteArrayList2.add(2);
        copyOnWriteArrayList2.add(3);
        Integer indexFirst = copyOnWriteArrayList2.indexOf(2);
        System.out.println("2的index为：" + indexFirst);

        /**
         * 5.1、lastIndexOf(E e, int index)
         *           返回最后一次出现的指定元素在此列表中的索引，从 index 开始向后搜索，如果没有找到该元素，则返回 -1。
         * 5.2、lastIndexOf(Object o)
         *           返回此列表中最后出现的指定元素的索引；如果列表不包含此元素，则返回 -1。
         */
        CopyOnWriteArrayList<Integer> copyOnWriteArrayList3 = new CopyOnWriteArrayList<>();
        copyOnWriteArrayList3.add(1);
        copyOnWriteArrayList3.add(2);
        copyOnWriteArrayList3.add(3);
        copyOnWriteArrayList3.add(3);
        copyOnWriteArrayList3.add(4);
        Integer lastIndexOf = copyOnWriteArrayList3.lastIndexOf(3);
        System.out.println("列表中最后出现的指定元素的索引: " + lastIndexOf);

        /**
         * 6、remove(int index) ：移除此列表指定位置上的元素,并且此下标后面的值会进一位，
         *                      即index为1的值被remove掉，index为2的值就变为index为1的值。
         */
        CopyOnWriteArrayList<Integer> copyOnWriteArrayList4 = new CopyOnWriteArrayList<>();
        copyOnWriteArrayList4.add(5);
        copyOnWriteArrayList4.add(6);
        copyOnWriteArrayList4.add(7);
        copyOnWriteArrayList4.add(8);
        Integer removeResult = copyOnWriteArrayList4.remove(1);
        System.out.println("copyOnWriteArrayList4索引为1的值：" + removeResult);
        System.out.println("copyOnWriteArrayList4中是否还存在索引为1的值：" + copyOnWriteArrayList4.get(1));


        /**
         * 7、remove(Object o) ：从此列表移除第一次出现的指定元素（如果存在）。
         */
        CopyOnWriteArrayList<String> copyOnWriteArrayList5 = new CopyOnWriteArrayList<>();
        copyOnWriteArrayList5.add("5");
        copyOnWriteArrayList5.add("6");
        copyOnWriteArrayList5.add("6");
        copyOnWriteArrayList5.add("7");
        copyOnWriteArrayList5.add("7");
        System.out.println("没被remove前的size: " + copyOnWriteArrayList5.size());
        Boolean removeBoolean = copyOnWriteArrayList5.remove("7");
        System.out.println("copyOnWriteArrayList5是否移除7成功？" + removeBoolean);
        System.out.println("index为3的值为：" + copyOnWriteArrayList5.get(3));
        System.out.println("被remove后的size: " + copyOnWriteArrayList5.size());

        /**
         * 8、set(int index, E element) ：用指定的元素替代此列表指定位置上的元素。
         */
        CopyOnWriteArrayList<String> copyOnWriteArrayList6 = new CopyOnWriteArrayList<>();
        copyOnWriteArrayList6.add("1");
        copyOnWriteArrayList6.add("2");
        copyOnWriteArrayList6.add("3");
        copyOnWriteArrayList6.add("4");
        copyOnWriteArrayList6.add("5");
        System.out.println("没使用set()方法前，index = 1 的值为：" + copyOnWriteArrayList6.get(1));
        copyOnWriteArrayList6.set(1,"czd");
        System.out.println("使用set()方法后，index = 1 的值为：" + copyOnWriteArrayList6.get(1));

        

    }
}

五、总结
CopyOnWriteArrayList这是一个ArrayList的线程安全的变体，其原理大概可以通俗的理解为:初始化的时候只有一个容器，很长一段时间，这个容器数据、数量等没有发生变化的时候，大家(多个线程)，都是读取(假设这段时间里只发生读取的操作)同一个容器中的数据，所以这样大家读到的数据都是唯一、一致、安全的，但是后来有人往里面增加了一个数据，这个时候CopyOnWriteArrayList 底层实现添加的原理是先copy出一个容器(可以简称副本)，再往新的容器里添加这个新的数据，最后把新的容器的引用地址赋值给了之前那个旧的的容器地址，但是在添加这个数据的期间，其他线程如果要去读取数据，仍然是读取到旧的容器里的数据。