List线程不安全问题和写时复制（CopyOnWrite）

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我是靠谱客的博主高贵凉面，最近开发中收集的这篇文章主要介绍List线程不安全问题和写时复制（CopyOnWrite），觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

面试题：ArrayLIst线程不安全，请编写一个线程不安全的案例，并给出解决方案

public class ListDemo {

    public static void main(String[] args) {

        List<String> list = new ArrayList<>();

        /**
         * 1. 故障出现
         *      java.util.ConcurrentModificationException
         *
         * 2. 导致原因
         *      并发争抢修改导致
         *
         * 3. 解决方案：
         *      List<String> list = new Vector<>();
         *      List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
         *      List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
         */
        for (int i = 0; i < 30; i++) {
            new Thread(() -> {
                list.add(UUID.randomUUID().toString().substring(0, 8));
                System.out.println(list);
            }).start();
        }
    }

}

上面的代码线程不安全，在多个线程同时给list做修改时，会抛出java.util.ConcurrentModificationException，解决方案代码注释已经写明，其中最优的方式则是使用java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList这个类，即写时复制。

写时复制：CopyOnWrite容器即写时复制容器，往一个容器添加元素的时候，不直接往当前容器Object[]添加，而是现将当前容器Object[]进行copy，复制出一个新的容器Object[] newElements，然后新的容器Object[] newElements里添加元素，添加完元素之后，再将容器的引用指向新的容器 setArray(newElements)。这样子的好处是可以对CopyOnWrite容器进行并发的读，而不需要加锁，因为当前容器不会添加任何元素。所以CopyOnWrite是一种读写分离的思想，读和写在不容的容器中进行。

public class CopyOnWriteArrayList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 8673264195747942595L;
    
    // 定义了一把锁，在写入的时候使用
    final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    // 容器对象，volatile关键字，使得所有线程可见
    private transient volatile Object[] array;

    public boolean add(E e) {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
        	// 获取容器list
            Object[] elements = getArray();
            int len = elements.length;
            // 复制了一份，并且长度+1
            Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
            // 写入到容器中
            newElements[len] = e;
            // 重组指向引用
            setArray(newElements);
            return true;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

	// get方法直接从容器中获取，没有加锁
	private E get(Object[] a, int index) {
        return (E) a[index];
    }
    
}