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Java的CopyOnWriteArrayList是什么

本篇内容主要讲解“Java的CopyOnWriteArrayList是什么”,感兴趣的朋友不妨来看看。本文介绍的方法操作简单快捷,实用性强。下面就让小编来带大家学习“Java的CopyOnWriteArrayList是什么”吧!

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01、Vector

Vector 的源码文档上直截了当地说了,“如果不需要线程安全,推荐使用 ArrayList 替代 Vector。”说实话,在我十多年的编程生涯中,的确很少使用 Vector,因为它的线程安全是建立在每个方法上都加了 synchronized 关键字的基础上,锁的粒度很高,意味着性能就不咋滴。

public synchronized boolean add(E e) {
    modCount++;
    add(e, elementData, elementCount);
    return true;
}

public synchronized E remove(int index) {
    modCount++;
    if (index >= elementCount)
        throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
    E oldValue = elementData(index);

    int numMoved = elementCount - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                numMoved);
    elementData[--elementCount] = null; // Let gc do its work

    return oldValue;
}
 

就连 size() 这样的方法上都加了 synchronized,可想而知,Vector 有多铺张浪费,有多锦衣玉食。

如果对 synchronized 关键字不太了解的话,可以点击下面的链接查看我之前写的一篇文章。

我去,你竟然还不会用 synchronized

高并发的情况下,一般都要求性能要给力,Vector 显然不够格,所以被遗忘在角落也是“罪有应得”啊。 

02、SynchronizedList

那有些同学可能会说,可以使用 Collections.synchronizedList() 让 ArrayList 变成线程安全啊。

public static  List synchronizedList(List list) {
    return (list instanceof RandomAccess ?
            new Collections.SynchronizedRandomAccessList<>(list) :
            new Collections.SynchronizedList<>(list));
}
 

无论是 SynchronizedRandomAccessList 还是 SynchronizedList,它们都没有在方法级别上使用 synchronized 关键字,而是在方法体内使用了 synchronized(this) 块。

public void add(int index, E element) {
    synchronized (mutex) {list.add(index, element);}
}
public E remove(int index) {
    synchronized (mutex) {return list.remove(index);}
}
 

其中 mutex 为 this 关键字,也就是当前对象。

final Object mutex;     // Object on which to synchronize

SynchronizedCollection(Collection c) {
    this.c = Objects.requireNonNull(c);
    mutex = this;
}
   

03、ConcurrentModificationException

ConcurrentModificationException 这个异常不知道同学们有没有遇到过?我先来敲段代码让它发生一次,让同学们认识一下。

List list = new ArrayList<>();
list.add("沉默王二");
list.add("沉默王三");
list.add("一个文章真特么有趣的程序员");

for (String str : list) {
    if ("沉默王二".equals(str)) {
        list.remove(str);
    }
}

System.out.println(list);
 

运行这段代码就会抛出 ConcurrentModificationException:

Exception in thread "main" java.util.ConcurrentModificationException
    at java.base/java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:1012)
    at java.base/java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:966)
 

通过异常的堆栈信息可以查找到,异常发生在 ArrayList 的内部类 Itr 的 checkForComodification() 方法中。

final void checkForComodification() {
    if (modCount != expectedModCount)
        throw new ConcurrentModificationException();
}
 

也就是说,在执行 checkForComodification() 方法的时候,发现 modCount 和 expectedModCount 不等,就抛出了 ConcurrentModificationException 异常。

为什么会这样呢?之前的代码也没有调用 checkForComodification() 方法啊!

那就只能来看一下反编译后的字节码了,原来 for-each 这个语法糖是通过 Iterator 实现的。

List list = new ArrayList();
list.add("沉默王二");
list.add("沉默王三");
list.add("一个文章真特么有趣的程序员");
Iterator var3 = list.iterator();

while (var3.hasNext()) {
    String str = (String) var3.next();
    if ("沉默王二".equals(str)) {
        list.remove(str);
    }
}

System.out.println(list);
 

在执行 list.iterator() 的时候,其实返回的就是 ArrayList 的内部类 Itr。

public Iterator iterator() {
    return new ArrayList.Itr();
}
 

迭代器 Iterator 是 fail-fast 的,如果以任何方式(包括 remove 和
add)对迭代器进行修改的话,就会抛出 ConcurrentModificationException。

迭代器在执行 remove() 方法的时候,会对 modCount 加 1。remove() 方法内部会调用 fastRemove() 方法。

private void fastRemove(Object[] es, int i) {
    modCount++;
    final int newSize;
    if ((newSize = size - 1) > i)
        System.arraycopy(es, i + 1, es, i, newSize - i);
    es[size = newSize] = null;
}
 

当在进行下一次 next() 会执行 checkForComodification() 方法,结果发现 modCount 为 4,而 expectedModCount 为 3,于是就抛出了异常。

Java的CopyOnWriteArrayList是什么  

之所以在单线程的情况下就抛出 ConcurrentModificationException,就是为了在多线程并发的情况下,不冒任何的危险,提前规避掉其他线程对 List 修改的可能性。

ArrayList 返回的迭代器是 fail-fast 的,Vector 的也是,SynchronizedList 的也是。这就意味着它们在多线程环境下通过 for-each 遍历进行增删操作的时候会出问题。 

04、CopyOnWriteArrayList

瞧,为了引出 CopyOnWriteArrayList,我花了多少心思。

List list = new CopyOnWriteArrayList();
list.add("沉默王二");
list.add("沉默王三");
list.add("一个文章真特么有趣的程序员");

for (String str : list) {
    if ("沉默王二".equals(str)) {
        list.remove(str);
    }
}

System.out.println(list);
 

把 ArrayList 换成 CopyOnWriteArrayList,程序就能够正常执行了,输出结果如下所示。

[沉默王三, 一个文章真特么有趣的程序员]
 

之所以不抛出 ConcurrentModificationException 异常,是因为 CopyOnWriteArrayList 是 fail-safe 的,迭代器遍历的是原有的数组,remove 的时候 remove 的是复制后的新数组,然后再将新数组赋值给原有的数组。

不过,任何在获取迭代器之后对 CopyOnWriteArrayList 的修改将不会及时反映迭代器里。

CopyOnWriteArrayList list1 =
        new CopyOnWriteArrayList<>(new String[] {"沉默王二", "沉默王三"});
Iterator itr = list1.iterator();
list1.add("沉默王四");
while(itr.hasNext()) {
    System.out.print(itr.next() + " ");
}
 

沉默王四并不会出现在输出结果中。

沉默王二 沉默王三 
 

ArrayList 的迭代器 Itr 是支持 remove 的。

List list = new ArrayList();
list.add("沉默王二");
list.add("沉默王三");
list.add("一个文章真特么有趣的程序员");
Iterator var3 = list.iterator();

while (var3.hasNext()) {
    String str = (String) var3.next();
    if ("沉默王二".equals(str)) {
        var3.remove();
    }
}

System.out.println(list);
 

程序输出的结果如下所示:

[沉默王三, 一个文章真特么有趣的程序员]
 

而 CopyOnWriteArrayList 的迭代器 COWIterator 是不支持 remove 的。

public void remove() {
            throw new UnsupportedOperationException();
        }
 
Java的CopyOnWriteArrayList是什么  

CopyOnWriteArrayList 实现了 List 接口,不过,它不在 java.util 包下,而在 java.util.concurrent 包下,算作是 ArrayList 的增强版,线程安全的。

顾名思义,CopyOnWriteArrayList 在进行写操作(add、set、remove)的时候会先进行拷贝,底层是通过数组复制来实现的。

Java 8 的时候,CopyOnWriteArrayList 的增删改操作方法使用的是  ReentrantLock(可重入锁,一个线程获得了锁之后仍然可以反复的加锁,不会出现自己阻塞自己的情况)。

public boolean add(E e) {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();
    try {
        Object[] elements = getArray();
        int len = elements.length;
        Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
        newElements[len] = e;
        setArray(newElements);
        return true;
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}
 

Java 14 的时候,已经改成 synchronized 块了。

public boolean add(E e) {
    synchronized (lock) {
        Object[] es = getArray();
        int len = es.length;
        es = Arrays.copyOf(es, len + 1);
        es[len] = e;
        setArray(es);
        return true;
    }
}
 

其中的 lock 是一个 Object 对象(注释上说和 ReentrantLock 有一点关系)。

/**
 * The lock protecting all mutators.  (We have a mild preference
 * for builtin monitors over ReentrantLock when either will do.)
 */
final transient Object lock = new Object();
 

使用 ReentrantLock 性能更好,还是 synchronized 块性能更好,同学们可以试验一下。不过,从另外一些细节上看,Java 14 的写法比 Java 8 更简洁一些,其中就少了一个 newElements 变量的创建。

再来看 set() 方法:

public E set(int index, E element) {
    synchronized (lock) {
        Object[] es = getArray();
        E oldValue = elementAt(es, index);

        if (oldValue != element) {
            es = es.clone();
            es[index] = element;
        }
        // Ensure volatile write semantics even when oldvalue == element
        setArray(es);
        return oldValue;
    }
}
 

同样使用了 synchronized 块,并且调用了封装好的 clone() 方法进行了复制。

然后来看 remove() 方法:

public E remove(int index) {
    synchronized (lock) {
        Object[] es = getArray();
        int len = es.length;
        E oldValue = elementAt(es, index);
        int numMoved = len - index - 1;
        Object[] newElements;
        if (numMoved == 0)
            newElements = Arrays.copyOf(es, len - 1);
        else {
            newElements = new Object[len - 1];
            System.arraycopy(es, 0, newElements, 0, index);
            System.arraycopy(es, index + 1, newElements, index,
                    numMoved);
        }
        setArray(newElements);
        return oldValue;
    }
}
 

synchronized 块是必须的,数组复制(System.arraycopy())也是必须的。

和 Vector 不同的是,CopyOnWriteArrayList 的 get()size() 方法不再加锁。

public int size() {
    return getArray().length;
}

public E get(int index) {
    return elementAt(getArray(), index);
}

到此,相信大家对“Java的CopyOnWriteArrayList是什么”有了更深的了解,不妨来实际操作一番吧!这里是创新互联网站,更多相关内容可以进入相关频道进行查询,关注我们,继续学习!


当前题目:Java的CopyOnWriteArrayList是什么
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