并发集合_CopyOnWriteArrayList原理分析

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mob604756f66df5 2021-07-20 12:46:00

文章标签 数组数据同步锁加锁共享变量 文章分类 Java 后端开发

在Java 集合框架中，我们介绍了List集合中最常用的子类ArrayList和LinkedList，但是它们都不保证多线程安全。如果多个线程同时读取和修改数据，就会产生冲突。

要实现多线程安全，可以使用同步集合Vector以及使用Collections类中synchronizedXXX系列方法。它们都是使用synchronized同步锁，保证同一时间只有一个线程能读取或修改集合。

其实还有一种更加高效的方法，CopyOnWrite(只有在修改时才复制)。

CopyOnWrite方式

它的核心思想就是当我们对集合进行读取时，不做任何锁的控制，可以多线程并发读取，但是我们任何对集合进行修改的操作，都要加锁控制,保证同一时间只有一个线程，进行下面三个操作：(注意这里说的)

先用老集合copy出一份新集合.

然后在新集合上做修改.

最后用新集合直接替换老集合.

注意：这里说的集合,就是集合中的数组array对象。

因为我们是在新集合中进行修改，所以不会影响正在读取数据的老集合，然后将新集合替换老集合，就能读取到最新修改的数据。

所以这里也就暴露了CopyOnWrite这种方式的缺点，就是我们修改了集合数据，可能不会立即读取到这个新数据，得到的还是老数据。
例如我们一个线程调用了set(int index, E element)替换了集合index位置的数据，然后另一个线程调用get(index),可能得不到那个线程对集合的修改。

CopyOnWriteArrayList集合

CopyOnWriteArrayList集合是一种CopyOnWrite的一种实现，根据CopyOnWrite方式介绍。所以我们知道CopyOnWriteArrayList集合中所有读取的方法都是不加锁的，而修改的方法是加锁的。

重要属性

/** 通过ReentrantLock来实现独占锁的 */
final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

/** 用来储存集合中数据，使用volatile关键字修饰，保证可见性和有序性 */
private transient volatile Object[] array;

CopyOnWriteArrayList集合是使用lock来进行加锁操作的。

读取方法

 // 不需要加同步锁
public int size() {
    return getArray().length;
}
// 不需要加同步锁
@SuppressWarnings("unchecked")
private E get(Object[] a, int index) {
    return (E) a[index];
}

// 不需要加同步锁
public E get(int index) {
    return get(getArray(), index);
}

这里选取了几个读取的方法，它们都不没有加同步锁。所以正在修改或者等待修改的东西，是读取不到的，以此会有延时性。

修改方法

当进行修改集合的时候，我们要保证三个操作是多线程同步的，即使用老数组创建新数组，修改新数组，将新数组替换老数组。这个三个操作必须同一时间只有一个线程操作。

不然就会出现这样一种情况：

多个线程一起调用getArray方法，得到老数组array。

然后其中一个线程操作完成之后，首先调用setArray方法，修改了共享变量array，

之后又用另一个线程操作完成调用setArray方法，修改了共享变量array，

这个时候你就会发现，另一个线程对集合的修改不是在前一个修改之上的，它会把上个线程的修改覆盖，产生多线程冲突。

public E set(int index, E element) {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    // 使用lock锁，保证修改共享变量array的线程安全。
    lock.lock();
    try {
        // 获取老数组elements
        Object[] elements = getArray();
        // 得到原来的值
        E oldValue = get(elements, index);

        // 有改变才修改
        if (oldValue != element) {
            int len = elements.length;
            // 用老的数组创建一个新数组
            Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len);
            // 更新index位置的值
            newElements[index] = element;
            // 设置新数组
            setArray(newElements);
        } else {
            // Not quite a no-op; ensures volatile write semantics
            // 这个并不是无用语句，确保volatile变量的重新写入
            setArray(elements);
        }
        return oldValue;
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}