为什么会有CopyOnWriteArrayList?



    我们知道ArrayList和LinkedList实现的List都是非线程安全的,于是就有了Vector,它是基于ArrayList的线程安全集合,但Vector无论是add方法还是get方法都加上了synchronized修饰,当多线程读写List必须排队执行,很显然这样效率比较是低下的,那有没有一种办法让效率提升,让当读List的时候线程是异步的,当写List是同步的呢?答案是CopyOnWriteArrayList,他是读写分离的,好处是提高线程访问效率,下面我们对比下CopyOnWriteArrayList和Vector执行效率。

import java.util.Vector;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;

/**
 * @author :jiaolian
 * @date :Created in 2021-01-18 15:28
 * @description:安全list性能对比
 * @modified By:
 * 公众号:叫练
 */
public class SafeListTest {

    private static Vector<String> safeList = new Vector<>();
    //private static CopyOnWriteArrayList<String> safeList = new CopyOnWriteArrayList<>();

    private static CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //初始化
        safeList.add("叫练");
        MySerive fishSerive = new MySerive();
        long start = System.currentTimeMillis();
        new Thread(()->{
            fishSerive.read();
            countDownLatch.countDown();
        },"叫练读线程").start();
        new Thread(()->{
            fishSerive.write();
            countDownLatch.countDown();
        },"叫练写线程").start();
        countDownLatch.await();
        System.out.println("花费:"+(System.currentTimeMillis()-start));
    }

    private static class MySerive {
        //读
        public void read() {
            for (int i=0 ;i<1000000; i++) {
                safeList.get(0);
            }
        }

        //写
        public void write() {
            for (int i=0 ;i<100000; i++) {
                safeList.add("叫练");
            }
        }
    }
}

    如上代码:当安全集合用Vector时,执行时长是100毫秒,当安全集合用CopyOnWriteArrayList时,执行时长是5000毫秒,神码?你不是说CopyOnWriteArrayList的效率要高么?但执行情况CopyOnWriteArrayList执行的时长竟然是Vector的50倍!通过翻看源码,我们发现当CopyOnWriteArrayList写元素时是通过备份数组的方式实现的,当多线程同步激烈,数据量较大时会不停的复制数组,内存浪费严重。这就是时过长的原因!但是我们还是认可读写分离思想!

image.png


什么是弱一致性

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

/**
 * @author :jiaolian
 * @date :Created in 2021-01-18 16:40
 * @description:CopyOnWriteArrayList弱一致性
 * @modified By:
 * 公众号:叫练
 */
public class WeekCopyOnWriteArrayListTest {

    private static CopyOnWriteArrayList<String> safeList = new CopyOnWriteArrayList<>();
    //private static Vector<String> safeList = new Vector<>();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        safeList.add("叫");
        safeList.add("练");
        Iterator<String> iterator = safeList.iterator();
        Thread thread = new Thread(()->{
            //删除下标为0的元素
            safeList.remove(0);
        });
        thread.start();
        //主线程等待thread执行完成;
        thread.join();
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }

}

    如上代码:主线程等待thread子线程执行完毕,循环打印safeList元素,最终执行结果如下图所示

image.png

    你可能会有疑问,thread不是已经删除“叫”吗?控制台不是应该只打印一个“练”字吗?为什么还会打出“叫练”两个字,原因是main线程在执行Iterator<String> iterator = safeList.iterator();保存了元素快照,所以能看到这样的执行结果,当thread线程执行完毕后,此时JVM内存状态如下图所示!

image.png


fail-safe特性


    提到fail-safe,会先提到fail-fast,字面上翻译快速失败,它是集合快速检测失败机制,防止集合不正确操作!一般情况下,如果线程通过iterator方式循环集合时,另外一个线程也修改了这个集合,我们测试下,如上述测试弱一致性的代码,将private static CopyOnWriteArrayList<String> safeList = new CopyOnWriteArrayList<>();换成private static Vector<String> safeList = new Vector<>();会发生什么情况呢?

image.png

    如上图,java.util.ConcurrentModificationException,集合并发修改错误,但换成CopyOnWriteArrayList执行正常,原因是CopyOnWriteArrayList删除数据时会有集合快照。

所以他是fail-safe,而Vector是fail-fast!

总结


    总结下吧,我们用代码简述说明了CopyOnWriteArrayList的读写分离,弱一致性,fail-safe,fail-safe等概念,并简述了实现原理。喜欢的请点赞加关注哦。我是叫练【公众号】,边叫边练。

image.png