JDK容器学习之CopyOnWriteArrayList：线程安全保障机制

JDK容器学习之CopyOnWriteArrayList

列表容器常见的有ArrayList和LinkedList，然而二者都是非线程安全的，若应用场景对线程安全有需求，则可使用CopyOnWriteArrayList来代替传统的Vector

I. 存储结构

先看下类中定义的成员变量, 一个数组和一个锁

array: 保存了列表中的数据

lock: 修改时加锁，用于保证线程安全

底层数据结构依然是数组，相比较于ArrayList而言，少了一个表示数组长度的size变量，获取列表长度是经过下面的方法

留一个问题：

为何获取链表的长度个ArrayList的使用姿式不一样，这样作有什么好处

II. 读取，删除，添加实现逻辑

1. 读取数据

读数据，带两个疑问进行看源码

• 读取是否加锁

• 若加锁性能如何保证；若不加锁线程安全如何保证

先看实现源码

结果比较清晰

- 读数据不加锁

- 线程安全保障先给个简单的说明，后面内容详细补充

- 数组定义为volatile，确保最新改动对多线程可见

- private transient volatile Object[] array;

2. 删除元素

直接在源码中加上一些注释

从删除的实现，可肯定如下几点：

• 修改加锁，确保同一时刻只有一个线程对数组进行修改

• 修改并非在原数组上进行的，而是建立一个新的数组，在新的数组上进行操做操做，而后将tables引用指向新的数组

• 修改必然会涉及到数组内容的拷贝

3. 新增元素

ArrayList新增元素时，可能致使数组扩容；CopyOnWriteArrayList在列表的修改时，采用数组拷贝，在新的数组上进行操做，从这点出发，应该不存在扩容的问题，由于每次修改都会致使数组的从新拷贝

从代码出发，验证上面的观点

从实现得出如下几个结论

• CopyOnWriteArrayList没有数组扩容一说，由于每次修改都会建立一个新的数组

• 修改加锁，确保只有一个线程对列表进行修改

一个新增的示意图以下

• 在写线程修改数组时，实际操做的是新的数组，此时读线程依然能够获取数据，读旧数组的内容

• 新增完毕，则array指向新的数组（经过volatile确保多线程可见）

III. 线程安全测试

在List的遍历过程当中，新增，删除or修改其中元素值时，会出现什么问题？

先写个测试demo

输出结果

index: 1 value: 1index: 2 value: 2index: 3 value: 3----修改完成----index: 4 value: 4index: 5 value: 5index: 6 value: 6index: 7 value: 7index: 8 value: 8index: 9 value: 9[1, 2, 3, 4, 5, 6, 6666, 8, a8]

发如今迭代的过程当中，对列表进行修改，是不会影响迭代过程的，遍历的依然是原来的数组；（顺带说一句，若是换成ArrayList会抛并发修改的异常）

探究下原理,主要是由于CopyOnWriteArrayList的迭代器的实现方式

从源码分析可得知

1. 构造方法，确保迭代器持有一份对数组的引用，后续的迭代是针对这个数组进行的；若在迭代过程当中，列表发生修改，使得List的数组引用指向新的数组，也不会改变迭代器中对原数组的引用，因此依然遍历的是旧数组

2. 由于上面的原则，迭代过程当中，不容许对数组进行修改

IV. 对比&小结

List容器中，Vector和CopyOnWriteArrayList都是线程安全的，下面则主要对比下二者的实现逻辑

1. Vector

• 全部接口都加锁

• 多线程访问时，致使锁的竞争，致使效率低下

2. CopyOnWriteArrayList

1. 底层结构：数组

2. 读取接口，无锁

3. 修改列表，加锁，确保始终只有一个线程在修改列表内容

4. 每次修改都会先上锁，而后进行数组拷贝，因此性能较ArrayList低；读取无锁，因此读的性能比Vector高（没有竞争）

5. 遍历时，是对列表中当前所指向的数组进行遍历，遍历过程当中对数组的修改，不会影响遍历的内容

6. 默认初始容量为0

7. 修改方式：

• 将原数组内容拷贝到新的数组，直接修改新数组

• 而后将新数组赋值给列表的数组引用(array)