Java 经典面试题:聊一聊 JUC 下的 CopyOnWriteArrayList-阿里云开发者社区

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Java 经典面试题:聊一聊 JUC 下的 CopyOnWriteArrayList

简介:

Java 经典面试题:聊一聊 JUC 下的 CopyOnWriteArrayList

ArrayList 是我们常用的工具类之一,但是在多线程的情况下,ArrayList 作为共享变量时,并不是线程安全的。主要有以下两个原因:

1、 ArrayList 自身的 elementData、size、modCount 在进行操作的时候,都没有加锁;
2、这些变量没有被 volatile 修饰,在多线程的情况下,对这些变量操作可能会出现值被覆盖的情况;
如果我们想在多线程情况下使用 ArrayList 怎么办?有以下几种办法:

使用 Collections.SynchronizedList ;
使用 JUC 下的 CopyOnWriteArrayList;
先来看看 SynchronizedLis,Collections 其实就是对 ArrayList 进行了一个加锁包装,这个从源码中可以看出;

...部分源码,完整源码请查看 JDK 源码...
public void add(int index, E element) {

synchronized (mutex) {list.add(index, element);}

}
public E remove(int index) {

synchronized (mutex) {return list.remove(index);}

}
对于 Collections.SynchronizedList 比较简单,就是锁包装了一下,就不多说了~

CopyOnWriteArrayList 也是 JUC 下面的一个并发容器类。不知道你发现没有,但凡你常用的集合类,在 JUC 下基本上都可以找到一个并发类,比如 hashMap 有对应的 ConcurrentHashMap。

CopyOnWriteArrayList 跟 ArrayList 在整体架构上并没有什么区别,底层都是基于数组实现的。不同的地方大概有两点:

底层数组被 volatile 关键字修饰;
对数组进行数据变更时加锁;
CopyOnWriteArrayList 的加锁操作跟 Collections.SynchronizedList 简单的加锁还不一样,CopyOnWriteArrayList 中的加锁过程还是非常值得学习的。CopyOnWriteArrayList 的加锁过程,大概可以概括为以下四步:

1、加锁;
2、从原数组中拷贝出新数组;
3、在新数组上进行操作,并把新数组赋值给数组容器;
4、解锁;
结合源码来深入了解 CopyOnWriteArrayList 的并发实现,我们选择 ArrayList 最简单的将元素新增数组尾部的操作来分析实现过程,源码如下:

/**

  • Appends the specified element to the end of this list.
    *
  • @param e element to be appended to this list
  • @return {@code true} (as specified by {@link Collection#add})
    */

public boolean add(E e) {

// 获取锁,注意这是全局锁
final ReentrantLock lock = this.lock;
// 加锁操作
lock.lock();
try {
    // 获取数组
    Object[] elements = getArray();
    int len = elements.length;
    // 将数组内容拷贝到新数组中
    Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
    // 对新数组操作
    newElements[len] = e;
    // 变更底层数组的引用
    setArray(newElements);
    return true;
} finally {
    // 解锁
    lock.unlock();
}

}
CopyOnWriteArrayList 就是通过加锁来说实现容器安全的,可能你会有疑问,为什么引入一个新数组,数组的拷贝还是消耗时间的,直接在原数组上操作不就好了吗?。主要原因有以下两点:

volatile 关键字修饰的是数组,如果我们简单的在原来数组上修改其中某几个元素的值,是无法触发可见性的,我们必须通过修改数组的内存地址才行,也就说要对数组进行重新赋值才行。
在新的数组上进行拷贝,对老数组没有任何影响,只有新数组完全拷贝完成之后,外部才能访问到,降低了在赋值过程中,老数组数据变动的影响。比如经典的 ConcurrentModificationException 异常问题。
其他的新增方法就自己去查看源码了,相差不多,基本上是一样的。对数组的删除跟新增都是差不多,不同的地方是在删除了时候,赋值给新数组时会出现不同的选择策略。我把源码贴上:

public E remove(int index) {

final ReentrantLock lock = this.lock;
// 加锁
lock.lock();
try {
    Object[] elements = getArray();
    int len = elements.length;
    E oldValue = get(elements, index);
    // 先计算出要移动的问题
    int numMoved = len - index - 1;
    // 根据移动的位置选择策略
    if (numMoved == 0)
        setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
    else {
        Object[] newElements = new Object[len - 1];
        System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
        System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index,
                         numMoved);
        setArray(newElements);
    }
    return oldValue;
} finally {
   //解锁
    lock.unlock();
}

}
CopyOnWriteArrayList 还有其他的方法,在这里我就不过多介绍了。根据你们自己的疑问去扒一扒 CopyOnWriteArrayList 的源码就知道了,总体来说 CopyOnWriteArrayList 并不难,甚至感觉比 ArrayList 要简单。

总结一下:CopyOnWriteArrayList 是安全的并发容器,有以下两个特点:

1、对数组的写操作加锁,读操作不加锁;
2、通过加锁 + 数组拷贝+ volatile 来保证线程安全;
原文地址https://www.cnblogs.com/jamaler/p/12843126.html

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