相信大家對(duì) ConcurrentHashMap 這個(gè)線程安全類非常熟悉，但是如果我想在多線程環(huán)境下使用 ArrayList，該怎么處理呢？阿粉今天來(lái)給你揭曉答案！
一、摘要
在介紹 CopyOnWriteArrayList 之前，我們一起先來(lái)看看如下方法執(zhí)行結(jié)果，代碼內(nèi)容如下：
public static void main(String[] args) {
List<String> list = new ArrayList<String>();
list.add("1");
list.add("2");
list.add("1");
System.out.println("原始list元素："+ list.toString());
//通過(guò)對(duì)象移除等于內(nèi)容為1的元素
for (String item : list) {
if("1".equals(item)) {
list.remove(item);
}
}
System.out.println("通過(guò)對(duì)象移除后的list元素："+ list.toString());
}
執(zhí)行結(jié)果內(nèi)容如下：
原始list元素：[1, 2, 1]
Exception in thread "main" java.util.ConcurrentModificationException
at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:909)
at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:859)
at com.example.container.a.TestList.main(TestList.java:16)
很遺憾，結(jié)果并沒(méi)有達(dá)到我們想要的預(yù)期效果，執(zhí)行之后直接報(bào)錯(cuò)！拋ConcurrentModificationException異常！
為啥會(huì)拋這個(gè)異常呢？
我們一起來(lái)看看，foreach 寫法實(shí)際上是對(duì)List.iterator() 迭代器的一種簡(jiǎn)寫，因此我們可以從分析List.iterator() 迭代器進(jìn)行入手，看看為啥會(huì)拋這個(gè)異常。
ArrayList類中的Iterator迭代器實(shí)現(xiàn)，源碼內(nèi)容：
通過(guò)代碼我們發(fā)現(xiàn) Itr 是 ArrayList 中定義的一個(gè)私有內(nèi)部類，每次調(diào)用next、remove方法時(shí)，都會(huì)調(diào)用checkForComodification方法，源碼如下：
/**修改次數(shù)檢查*/
final void checkForComodification() {
//檢查L(zhǎng)ist中的修改次數(shù)是否與迭代器類中的修改次數(shù)相等
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
checkForComodification方法，實(shí)際上是用來(lái)檢查L(zhǎng)ist中的修改次數(shù)modCount是否與迭代器類中的修改次數(shù)expectedModCount相等，如果不相等，就會(huì)拋出ConcurrentModificationException異常！
那么問(wèn)題基本上已經(jīng)清晰了，上面的運(yùn)行結(jié)果之所以會(huì)拋出這個(gè)異常，就是因?yàn)長(zhǎng)ist中的修改次數(shù)modCount與迭代器類中的修改次數(shù)expectedModCount不相同造成的！
閱讀過(guò)集合源碼的朋友，可能想起Vector這個(gè)類，它不是 JDK 中 ArrayList 線程安全的一個(gè)版本么？
好的，為了眼見(jiàn)為實(shí)，我們把ArrayList換成Vector來(lái)測(cè)試一下，代碼如下：
public static void main(String[] args) {
Vector<String> list = new Vector<String>();
//模擬10個(gè)線程向list中添加內(nèi)容，并且讀取內(nèi)容
for (int i = 0; i < 5; i++) {
final int j = i;
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
//添加內(nèi)容
list.add(j + "-j");
//讀取內(nèi)容
for (String str : list) {
System.out.println("內(nèi)容：" + str);
}
}
}).start();
}
}
執(zhí)行程序，運(yùn)行結(jié)果如下：
還是一樣的結(jié)果，拋異常了，Vector雖然線程安全，只不過(guò)是加了synchronized關(guān)鍵字，但是迭代問(wèn)題完全沒(méi)有解決！
繼續(xù)回到本文要介紹的 CopyOnWriteArrayList 類，我們把上面的例子，換成CopyOnWriteArrayList類來(lái)試試，源碼內(nèi)容如下：
public static void main(String[] args) {
//將ArrayList換成CopyOnWriteArrayList
CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
list.add("1");
list.add("2");
list.add("1");
System.out.println("原始list元素："+ list.toString());
//通過(guò)對(duì)象移除等于11的元素
for (String item : list) {
if("1".equals(item)) {
list.remove(item);
}
}
System.out.println("通過(guò)對(duì)象移除后的list元素："+ list.toString());
}
執(zhí)行結(jié)果如下：
原始list元素：[1, 2, 1]
通過(guò)對(duì)象移除后的list元素：[2]
呃呵，執(zhí)行成功了，沒(méi)有報(bào)錯(cuò)！是不是很神奇～～
當(dāng)然，類似上面這樣的例子有很多，比如寫10個(gè)線程向list中添加元素讀取內(nèi)容，也會(huì)拋出上面那個(gè)異常，操作如下：
public static void main(String[] args) {
final List<String> list = new ArrayList<>();
//模擬10個(gè)線程向list中添加內(nèi)容，并且讀取內(nèi)容
for (int i = 0; i < 10; i++) {
final int j = i;
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
//添加內(nèi)容
list.add(j + "-j");
//讀取內(nèi)容
for (String str : list) {
System.out.println("內(nèi)容：" + str);
}
}
}).start();
}
}
類似的操作例子就非常多了，這里就不一一舉例了。
CopyOnWriteArrayList 實(shí)際上是 ArrayList 一個(gè)線程安全的操作類！
從它的名字可以看出，CopyOnWrite 是在寫入的時(shí)候，不修改原內(nèi)容，而是將原來(lái)的內(nèi)容復(fù)制一份到新的數(shù)組，然后向新數(shù)組寫完數(shù)據(jù)之后，再移動(dòng)內(nèi)存指針，將目標(biāo)指向最新的位置。
二、簡(jiǎn)介
從 JDK1.5 開(kāi)始 Java 并發(fā)包里提供了兩個(gè)使用CopyOnWrite 機(jī)制實(shí)現(xiàn)的并發(fā)容器，分別是CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet 。
從名字上看，CopyOnWriteArrayList主要針對(duì)動(dòng)態(tài)數(shù)組，一個(gè)線程安全版本的 ArrayList ！
而CopyOnWriteArraySet主要針對(duì)集，CopyOnWriteArraySet可以理解為HashSet線程安全的操作類，我們都知道HashSet基于散列表HashMap實(shí)現(xiàn)，但是CopyOnWriteArraySet并不是基于散列表實(shí)現(xiàn)，而是基于CopyOnWriteArrayList動(dòng)態(tài)數(shù)組實(shí)現(xiàn)！
關(guān)于這一點(diǎn)，我們可以從它的源碼中得出結(jié)論，部分源碼內(nèi)容：
從源碼上可以看出，CopyOnWriteArraySet默認(rèn)初始化的時(shí)候，實(shí)例化了CopyOnWriteArrayList類，CopyOnWriteArraySet的大部分方法，例如add、remove等方法都基于CopyOnWriteArraySet實(shí)現(xiàn)！
兩者最大的不同點(diǎn)是，CopyOnWriteArrayList可以允許元素重復(fù)，而CopyOnWriteArraySet不允許有重復(fù)的元素！
好了，繼續(xù)來(lái) BB 本文要介紹的CopyOnWriteArrayList類～～
打開(kāi)CopyOnWriteArrayList類的源碼，內(nèi)容如下：
可以看到 CopyOnWriteArrayList 的存儲(chǔ)元素的數(shù)組array變量，使用了volatile關(guān)鍵字保證的多線程下數(shù)據(jù)可見(jiàn)行；同時(shí)，使用了ReentrantLock可重入鎖對(duì)象，保證線程操作安全。
在初始化階段，CopyOnWriteArrayList默認(rèn)給數(shù)組初始化了一個(gè)對(duì)象，當(dāng)然，初始化方法還有很多，比如如下我們經(jīng)常會(huì)用到的一個(gè)初始化方法，源碼內(nèi)容如下：
這個(gè)方法，表示如果我們傳入的是一個(gè) ArrayList數(shù)組對(duì)象，會(huì)將對(duì)象內(nèi)容復(fù)制一份到新的數(shù)組中，然后初始化進(jìn)去，操作如下：
List<String> list = new ArrayList<>();
...
//CopyOnWriteArrayList將list內(nèi)容復(fù)制出來(lái)，并創(chuàng)建一個(gè)新的數(shù)組
CopyOnWriteArrayList<String> copyList = new CopyOnWriteArrayList<>(list);
CopyOnWriteArrayList是對(duì)原數(shù)組內(nèi)容進(jìn)行復(fù)制再寫入，那么是不是也存在多線程下操作也會(huì)發(fā)生沖突呢？
下面我們?cè)僖黄饋?lái)看看它的方法實(shí)現(xiàn)！
三、常用方法
3.1、添加元素
add()方法是CopyOnWriteArrayList的添加元素的入口！
CopyOnWriteArrayList之所以能保證多線程下安全操作， add()方法功不可沒(méi)，源碼如下：
操作步驟如下：
1、獲得對(duì)象鎖；
2、獲取數(shù)組內(nèi)容；
3、將原數(shù)組內(nèi)容復(fù)制到新數(shù)組；
4、寫入數(shù)據(jù)；
5、將array數(shù)組變量地址指向新數(shù)組；
6、釋放對(duì)象鎖；
在 Java 中，獨(dú)占鎖方面，有2種方式可以保證線程操作安全，一種是使用虛擬機(jī)提供的synchronized 來(lái)保證并發(fā)安全，另一種是使用JUC包下的ReentrantLock可重入鎖來(lái)保證線程操作安全。
CopyOnWriteArrayList使用了ReentrantLock這種可重入鎖，保證了線程操作安全，同時(shí)數(shù)組變量array使用volatile保證多線程下數(shù)據(jù)的可見(jiàn)行！
其他的，還有指定下標(biāo)進(jìn)行添加的方法，如add(int index, E element)，操作類似，先找到需要添加的位置，如果是中間位置，則以添加位置為分界點(diǎn)，分兩次進(jìn)行復(fù)制，最后寫入數(shù)據(jù)！
3.2、移除元素
remove()方法是CopyOnWriteArrayList的移除元素的入口！
源碼如下：
操作類似添加方法，步驟如下：
1、獲得對(duì)象鎖；
2、獲取數(shù)組內(nèi)容；
3、判斷移除的元素是否為數(shù)組最后的元素，如果是最后的元素，直接將舊元素內(nèi)容復(fù)制到新數(shù)組，并重新設(shè)置array值；
4、如果是中間元素，以index為分界點(diǎn)，分兩節(jié)復(fù)制；
5、將array數(shù)組變量地址指向新數(shù)組；
6、釋放對(duì)象鎖；
當(dāng)然，移除的方法還有基于對(duì)象的remove(Object o)，原理也是一樣的，先找到元素的下標(biāo)，然后執(zhí)行移除操作。
3.3、查詢?cè)?/h4>
get()方法是CopyOnWriteArrayList的查詢?cè)氐娜肟冢?/p>
源碼如下：
public E get(int index) {
//獲取數(shù)組內(nèi)容，通過(guò)下標(biāo)直接獲取
return get(getArray(), index);
}
查詢因?yàn)椴簧婕暗綌?shù)據(jù)操作，所以無(wú)需使用鎖進(jìn)行處理！
3.4、遍歷元素
上文中我們介紹到，基本都是在遍歷元素的時(shí)候因?yàn)樾薷拇螖?shù)與迭代器中的修改次數(shù)不一致，導(dǎo)致檢查的時(shí)候拋異常，我們一起來(lái)看看CopyOnWriteArrayList迭代器實(shí)現(xiàn)。
打開(kāi)源碼，可以得出CopyOnWriteArrayList返回的迭代器是COWIterator，源碼如下：
public Iterator<E> iterator() {
return new COWIterator<E>(getArray(), 0);
}
打開(kāi)COWIterator類，其實(shí)它是CopyOnWriteArrayList的一個(gè)靜態(tài)內(nèi)部類，源碼如下：
可以看出，在使用迭代器的時(shí)候，遍歷的元素都來(lái)自于上面的getArray()方法傳入的對(duì)象數(shù)組，也就是傳遞進(jìn)來(lái)的 array 數(shù)組！
由此可見(jiàn)，CopyOnWriteArrayList 在使用迭代器遍歷的時(shí)候，操作的都是原數(shù)組，沒(méi)有像上面那樣進(jìn)行修改次數(shù)判斷，所以不會(huì)拋異常！
當(dāng)然，從源碼上也可以得出，使用CopyOnWriteArrayList的迭代器進(jìn)行遍歷元素的時(shí)候，不能調(diào)用remove()方法移除元素，因?yàn)椴恢С执瞬僮鳎?/p>
如果想要移除元素，只能使用CopyOnWriteArrayList提供的remove()方法，而不是迭代器的remove()方法，這個(gè)需要注意一下！
四、總結(jié)
CopyOnWriteArrayList是一個(gè)典型的讀寫分離的動(dòng)態(tài)數(shù)組操作類！
在寫入數(shù)據(jù)的時(shí)候，將舊數(shù)組內(nèi)容復(fù)制一份出來(lái)，然后向新的數(shù)組寫入數(shù)據(jù)，最后將新的數(shù)組內(nèi)存地址返回給數(shù)組變量；移除操作也類似，只是方式是移除元素而不是添加元素；而查詢方法，因?yàn)椴簧婕熬€程操作，所以并沒(méi)有加鎖出來(lái)！
因?yàn)镃opyOnWriteArrayList讀取內(nèi)容沒(méi)有加鎖，在寫入數(shù)據(jù)的時(shí)候同時(shí)也可以進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)操作，因此性能得到很大的提升，但是也有缺陷，對(duì)于邊讀邊寫的情況，不一定能實(shí)時(shí)的讀到最新的數(shù)據(jù)，比如如下操作：
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
final CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
list.add("a");
list.add("b");
for (int i = 0; i < 5; i++) {
final int j =i;
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
//寫入數(shù)據(jù)
list.add("i-" + j);
//讀取數(shù)據(jù)
for (String str : list) {
System.out.println("線程-" + Thread.currentThread().getName() + "，讀取內(nèi)容：" + str);
}
}
}).start();
}
}
新建5個(gè)線程向list中添加元素，執(zhí)行結(jié)果如下：
可以看到，5個(gè)線程的讀取內(nèi)容有差異！
因此CopyOnWriteArrayList很適合讀多寫少的應(yīng)用場(chǎng)景！
引用鏈接：http://www.justdojava.com/2020/01/17/java-collection-16/
