java CopyOnWriteArrayList详解

深碍√TFBOYSˉ_ 2023-01-07 03:56 169阅读 0赞

Java并发包中的并发list只有CopyOnWriteArrayList。CopyOnWriteArrayList是一个线程安全的ArrayList，对其进行的修改操作都是在底层的一个复制数组（快照）上进行的，也就是使用了写时复制策略。

写时复制(CopyOnWrite，简称COW)思想是计算机程序涉及领域中的一种优化策略。其核心思想是，如果多个调用者(Callers）同时要求相同的资源（如内存或者磁盘上的数据存储），他们会共同获取相同的指针指向相同的资源，直到某个调用者视图修改资源内容时，系统才会真正复制一份专用的副本给调用者，而其他调用者所见到的最初的资源仍然保持不变。这个过程对其他调用者都是透明的。

此做法主要的优点是如果调用者没有修改资源，就不会有副本被创建，因此多个调用者只是读取操作时可以共享同一份资源。

### CopyOnWriteArrayList的实现原理： ###

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpX3dfY2g_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

在CopyOnWriteArrayList的类图中，每个CopyOnWriteArrayList对象里面有一个array数组对象用来存放具体元素，ReentrantLock独占锁对象用来保证同时只有一个线程对array进行修改。

### 弱一致性的迭代器： ###

所谓弱一致性是指返回迭代器后，其他线程对list的增删改查对迭代器是不可见的

// 演示多线程下迭代器的弱一致性结果
    public class copylist {
        private static volatile CopyOnWriteArrayList<String> arrayList = new CopyOnWriteArrayList<>();
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            arrayList.add("hello");
            arrayList.add("alibaba");
            arrayList.add("welcome");
            arrayList.add("to");
            arrayList.add("hengzhou");
    
            Thread threadOne = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    // 修改list中下标为1的元素为ali
                    arrayList.set(1, "ali");
                    // 删除元素
                    arrayList.remove(2);
                    arrayList.remove(3);
                }
            });
            // 保证在修改线程启动前获取迭代器
            Iterator<String> itr = arrayList.iterator();
            // 启动线程
            threadOne.start();
            // 等待子线程执行完毕
            threadOne.join();
            while(itr.hasNext()) {
                System.out.println(itr.next());
            }
        }
    }

**执行程序：**

hello
    alibaba
    welcome
    to
    hengzhou
    
    Process finished with exit code 0

*  从输出结果我们知道，在子线程里面进行的操作一个都没有生效，这就是迭代器弱一致性的体现。需要注意的是，获取迭代器的操作必须在子线程操作之前进行。

### CopyOnWrite的应用场景： ###

CopyOnWrite并发容器用于读多写少的并发场景。比如白名单，黑名单，商品类目的访问和更新场景，假如我们有一个搜索网站，用户在这个网站的搜索框中，输入关键字搜索内容，但是某些关键字不允许被搜索。这些不能被搜索的关键字会被放在一个黑名单中，黑名单每天晚上更新一次。当用户搜索时，会检查当前关键字在不在黑名单中，如果在，则提示不能搜索。实**现代码如下：**

public class BlackListServiceImpl {
        // 初始化大小，避免扩容开销
        private static CopyOnWriteMap<String, Boolean> blackListMap = new CopyOnWriteMap<String, Boolean> (1000);
        public static boolean isBlackList(String id) {
            return blackListMap.get(id) == null ? false : true;
        }
        public static void addBlackList(String id) {
            blackListMap.put(id,Boolean.TRUE);
        }
    
        // 批量添加黑名单
        public static void addBackList(Map<String, Boolean> ids) {
            blackListMap.putAll(ids);
        }
    }

*  使用CopyOnWriteMap需要注意两件事情：
 *  减少扩容开销，根据实际需要，初始化CopyOnWriteMap的大小，避免写时CopyOnWriteMap扩容的开销
 *  使用批量添加，因为每次添加，容器每次都会进行复制，所以减少添加次数，可以减少容器的复制次数

### CopyOnWrite的缺点： ###

除了上面所提到的弱一致性问题，还存在一个内存占用的问题。

因为CopyOnWrite的写时复制机制，所以在进行写操作的时候，内存里会同时驻扎两个对象的内存，旧的对象和新写入的对象（注意：在复制的时候只是复制容器里的引用，只是在写的时候会创建新对象添加到新容器里，而旧容器的对象还在使用，所以有两份对象内存）。

### 总结： ###

CopyOnWriteArrayList使用写时复制的策略来保证list的一致性，而获取-修改-写入三步操作并不是原子性的，所以在增删改的过程中都是用了独占锁，来保证某个时间只有一个线程能对list数组进行修改。另外CopyOnWriteArrayList提供了弱一致性的迭代器，从而保证在获取迭代器后，其他线程对List的修改是不可见的，迭代器遍历的数组是一个快照。

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