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CopyOnWriteArra… 什么是CopyOnWriteArrayListCopyOnWriteArrayList常用方法CopyOnWriteArrayList源码详解CopyOnWriteArrayList使用注意点CopyOnWriteArrayList存在的性能问题CopyOnWriteArrayList 使用实例基本应用实例并发应用实例 拓展写时复制 什么是CopyOnWriteArrayList
CopyOnWriteArrayList 是一个线程安全的ArrayList它使用了一种称为“写时复制”Copy-on-Write的策略来保证线程安全。
在CopyOnWriteArrayList中每个元素都存储在一个数组中。当一个线程要对数组进行修改例如添加、删除元素时它会首先复制一份当前数组的副本对副本进行修改然后将新的数组替换掉旧的数组。这样做的好处是其他线程在读取数组时始终会看到一个一致的、不会改变的数组从而避免了线程间的竞争条件。
由于CopyOnWriteArrayList采用写时复制的策略因此在高并发的情况下可能会导致频繁的复制操作这会消耗一定的系统资源。但是如果读操作的频率远远高于写操作的频率那么CopyOnWriteArrayList可以提供较好的并发性能和较高的读操作吞吐量。
总的来说CopyOnWriteArrayList适用于读操作远多于写操作的场景它提供了一种线程安全的解决方案使得在并发环境下也能够保证数据的一致性和可靠性。 CopyOnWriteArrayList常用方法
CopyOnWriteArrayList常用的方法有 get(int index)获取指定索引位置的元素。 set(int index, E element)将指定索引位置的元素替换为新元素。 add(E element)在集合的末尾添加新元素。 remove(Object o)从集合中移除指定的元素。 size()返回集合的大小。 contains(Object o)检查集合中是否包含指定的元素。 iterator()返回一个迭代器用于遍历集合中的元素。 toArray()将集合转换为数组。 addAll(Collection c)将指定集合中的所有元素添加到CopyOnWriteArrayList中。 removeAll(Collection c)从CopyOnWriteArrayList中移除指定集合中的所有元素。 retainAll(Collection c)仅保留CopyOnWriteArrayList中包含在指定集合中的元素。
这些方法可以帮助你在使用CopyOnWriteArrayList时完成更复杂的操作。需要注意的是由于CopyOnWriteArrayList是线程安全的因此在多线程环境下使用时需要注意并发问题。
CopyOnWriteArrayList源码详解
以下是CopyOnWriteArrayList的源码详解让我们一起来看一下每一个步骤做的一些事情
创建数组
在CopyOnWriteArrayList中每个元素都存储在一个数组中。在创建CopyOnWriteArrayList时需要传入一个初始大小。这个初始大小决定了初始数组的大小。例如创建一个大小为10的CopyOnWriteArrayList时会创建一个长度为10的数组。
public CopyOnWriteArrayList(Collection? extends E c) {Object[] elements c.toArray();this.capacity ArraysSupport.arrayLength(elements);myData ArraysSupport.newArray(E.class, capacity);System.arraycopy(elements, 0, myData, 0, elements.length);size elements.length;
}获取元素
get方法根据索引获取数组中指定位置的元素。由于CopyOnWriteArrayList是线程安全的因此在获取元素时不需要加锁。
public E get(int index) {if (index 0 || index size) {throw new IndexOutOfBoundsException(Index: index , Size size);}return myData[index];
}修改元素
set方法将指定索引位置的元素替换为新元素。它首先会检查索引的有效性然后将当前索引位置的元素替换为新元素。与get方法一样set方法也不需要加锁因为它会在对数组进行修改时复制一份新的数组。
public E set(int index, E element) {if (index 0 || index size) {throw new IndexOutOfBoundsException(Index: index , Size size);}E oldValue myData[index];myData[index] element;return oldValue;
}添加元素
在CopyOnWriteArrayList中添加元素的主要方法是add(E e)。以下是该方法的大致源码解析
public boolean add(E e) {final ReentrantLock lock this.lock;lock.lock();try {Object[] elements getArray();int len elements.length;// 确保数组容量足够Object[] newElements Arrays.copyOf(elements, len 1);// 在新数组的最后位置添加元素newElements[len] e;// 将新数组设置为当前数组setArray(newElements);return true;} finally {lock.unlock();}
}解析
首先该方法获取了CopyOnWriteArrayList的内部锁以确保线程安全。接着它获取当前的数组并计算其长度。使用Arrays.copyOf()方法创建一个新的数组其容量比原始数组多1。这样做是为了容纳新添加的元素。在新数组的最后一个位置添加元素。最后使用setArray()方法将新数组设置为当前的数组。无论操作是否成功最后都要释放锁。
值得注意的是每次对CopyOnWriteArrayList进行修改如添加、删除元素时它都会创建一个新的数组。这种“写时复制”的策略确保了线程安全但也意味着在频繁修改的情况下可能会引起内存和性能上的问题。因此CopyOnWriteArrayList最适用于读操作远多于写操作的场景。
删除元素
remove方法从集合中移除指定的元素。它会遍历数组找到要删除的元素并将其从数组中移除。然后它会创建一个新的数组将原始数组中剩余的元素复制到新数组中并将新数组设置为当前数组。与add方法一样remove方法也只需要在扩容时同步一次即可。
public E remove(int index) {final Object[] elements;final int length;elements myData;length size;if (index 0 || index length) {throw new IndexOutOfBoundsException(Index: index , Size size);}// not inlined: HotSpot inlines only if the condition is false (it is not always true)E oldValue (E) elements[index];int numMoved length - index - 1;if (numMoved 0) {// nothing to move, so just null out the removed element and returnelements[index] null;} else {// shift all elements down one position to fill the gap left by the removed elementSystem.arraycopy(elements, index 1, elements, index, numMoved);}// decrement size and clear the last element (which is now冗余)size--;elements[length - 1] null;return oldValue;
}迭代器
CopyOnWriteArrayList还提供了一个迭代器用于遍历集合中的元素。由于CopyOnWriteArrayList是线程安全的因此在迭代过程中不需要加锁。但是如果在迭代过程中修改了集合那么迭代器可能不会反映这些更改。因此迭代器只能保证在创建时集合的一致性。
并发性能
CopyOnWriteArrayList采用写时复制的策略来保证线程安全。这种策略在高并发的情况下可能会导致频繁的复制操作消耗一定的系统资源。但是如果读操作的频率远远高于写操作的频率那么CopyOnWriteArrayList可以提供较好的并发性能和较高的读操作吞吐量。此外由于CopyOnWriteArrayList在修改集合时不需要加锁因此它可以避免死锁和其他线程同步问题。
总的来说CopyOnWriteArrayList适用于读操作远多于写操作的场景它提供了一种线程安全的解决方案使得在并发环境下也能够保证数据的一致性和可靠性。同时我们也需要注意在使用CopyOnWriteArrayList时需要考虑其并发性能和适用场景。 CopyOnWriteArrayList使用注意点
使用CopyOnWriteArrayList时需要注意以下几点
写同步读非同步多个线程对CopyOnWriteArrayList进行写操作是线程同步的因为内部使用了可重入锁并且在进行修改时内部先拷贝了一份数据源再进行操作后将原数据覆盖解锁。但是读操作是非线程同步的如果在for循环中使用下标的方式去读取数据可能报错ArrayIndexOutOfBoundsException。内存占用问题因为CopyOnWrite的写时复制机制所以在进行写操作的时候内存里会同时驻扎两个对象的内存旧的对象和新写入的对象。数据一致性问题CopyOnWrite容器只能保证数据的最终一致性不能保证数据的实时一致性。因为复制和操作元素需要一点儿时间所以会有延迟。如果希望写入的数据马上能读到要求数据强一致性的话请不要使用CopyOnWrite容器。迭代器的使用CopyOnWriteArrayList的迭代器实现了ListIterator接口但是add()、set()和remove()方法都直接抛出了UnsupportedOperationException异常。所以应该避免使用迭代器的这几个方法。 请注意CopyOnWriteArrayList适用于读操作远多于写操作的场景。如果写操作非常频繁那么可能会引起内存和性能上的问题。在选择是否使用它时需要根据具体的应用场景进行考虑。 CopyOnWriteArrayList存在的性能问题
CopyOnWriteArrayList的性能问题主要集中在以下几个方面
写操作开销大每次对列表进行修改操作如add、set等CopyOnWriteArrayList都会复制一份新的数据数组这对内存和CPU都是较大的开销。如果写操作非常频繁那么可能会引起内存占用过高和GC频繁从而影响性能。读操作可能不是实时的由于写操作的复制机制读操作可能不会立即看到最新的写入数据这会导致数据的一致性问题。如果应用需要强一致性那么CopyOnWriteArrayList可能不是一个好的选择。迭代器操作可能抛出异常如前所述CopyOnWriteArrayList的迭代器不支持add、set和remove操作如果尝试使用这些方法会抛出UnsupportedOperationException异常。这可能会在使用迭代器进行遍历操作时引发问题。不适合大量数据由于写操作需要复制整个数据数组如果列表中包含大量数据那么写操作的开销会非常大。这种情况下其他线程安全的列表实现如ConcurrentLinkedQueue或BlockingQueue可能是更好的选择。 CopyOnWriteArrayList适用于读多写少的场景且数据一致性要求不那么严格的情况。在使用时需要根据应用的具体需求进行权衡和选择。 CopyOnWriteArrayList 使用实例
基本应用实例
下面是一个简单的Java代码实例它演示了如何使用CopyOnWriteArrayList
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;public class Example {public static void main(String[] args) {CopyOnWriteArrayListString list new CopyOnWriteArrayList();// 添加元素list.add(Hello);list.add(World);list.add(Java);// 输出列表中的元素for (String str : list) {System.out.println(str);}// 移除元素list.remove(World);// 输出列表中的元素for (String str : list) {System.out.println(str);}}
}在这个例子中我们创建了一个CopyOnWriteArrayList对象并向其中添加了三个字符串元素。然后我们使用一个简单的for-each循环遍历列表并输出其中的元素。接着我们移除了一个元素并再次遍历列表并输出剩余的元素。这个例子展示了CopyOnWriteArrayList的基本用法和特点。
并发应用实例
在并发环境中CopyOnWriteArrayList的一个典型应用实例是实现一个线程安全的日志记录器。下面是一个示例代码它使用了CopyOnWriteArrayList来存储日志条目并确保在多线程环境下对日志的读取和写入操作都是安全的。
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
import java.util.logging.Level;
import java.util.logging.Logger;public class ThreadSafeLogger {private final CopyOnWriteArrayListString logEntries;private static final Logger LOGGER Logger.getLogger(ThreadSafeLogger.class.getName());public ThreadSafeLogger() {logEntries new CopyOnWriteArrayList();}public void log(String message) {logEntries.add(message);LOGGER.log(Level.INFO, message);}public void log(Exception ex) {logEntries.add(ex.getMessage());LOGGER.log(Level.SEVERE, ex.getMessage(), ex);}public void printLog() {for (String entry : logEntries) {System.out.println(entry);}}
}在这个示例中ThreadSafeLogger类使用CopyOnWriteArrayList来存储日志条目。log()方法用于将消息和异常添加到日志列表中并使用Java的内置日志记录器Logger将消息记录到标准输出。printLog()方法遍历日志列表并打印所有条目。由于logEntries列表是线程安全的因此可以在多线程环境中安全地添加、读取和打印日志条目。 拓展
写时复制
写时复制Copy-On-Write简称COW是一种用于处理数据的计算机技术其基本思想是当需要修改数据时先将数据复制一份然后在复制的数据上进行修改这样原数据不会被改变从而保证了数据的一致性和安全性。这种技术主要应用于并发环境以避免多个线程或进程同时修改同一份数据而引发的问题。
在Java的CopyOnWriteArrayList中写时复制技术被用来实现线程安全。当对列表进行修改操作如add、set等时CopyOnWriteArrayList会先复制一份当前的数据数组然后在复制的数据上进行修改最后再将修改后的数据数组替换掉原来的数据数组。这样可以保证在进行写操作的同时读操作可以无锁地访问原来的数据数组从而实现线程安全。
写时复制技术的优点是可以实现高效的并发读写操作因为读操作不需要加锁可以并发进行。但是写操作的开销比较大因为每次写操作都需要复制一份数据这会消耗较多的内存和CPU资源。因此写时复制技术适用于读多写少的场景如果写操作非常频繁那么可能会影响性能。
需要注意的是写时复制技术并不能完全保证数据的一致性。因为复制和操作元素需要一定的时间所以可能会出现延迟导致读操作不能立即看到最新的写入数据。因此如果应用需要强一致性那么写时复制技术可能不是一个好的选择。
写时复制技术的优点包括 如果调用者没有修改该资源就不会有副本被建立因此多个调用者只是读取操作可以共享同一份资源。 写时复制可以减少不必要的资源分配。如fork进程时并不是所有的页面都需要复制父进程的代码段和只读数据段都不被允许修改所以无需复制。 当实体有需要对资源进行修改时才真正为实体分配私有资源减少了分配和复制大量资源带来的延时。写时复制技术是一种很重要的优化手段核心是懒惰处理实体资源请求在多个实体资源之间只是共享资源起初并不真正实现资源复制只有当实体有需要对资源进行修改时才真正为实体分配私有资源。
总的来说写时复制技术的优点主要是减少资源占用和提高效率。 ConcurrentLinkedDeque详解-Deque接口链表实现方案 ArrayDeque详解-Deque接口数组实现方案 LinkedList详解-Deque接口链表实现方案 Java中Deque接口方法解析
