图解集合3:CopyOnWriteArrayList
初识CopyOnWriteArrayList
第一次见到CopyOnWriteArrayList,是在研究JDBC的时候,每一个数据库的Driver都是维护在一个CopyOnWriteArrayList中的,为了证明这一点,贴两段代码,第一段在com.mysql.jdbc.Driver下,也就是我们写Class.forName("...")中的内容:
public class Driver extends NonRegisteringDriver
implements java.sql.Driver
{
public Driver()
throws SQLException
{
} static
{
try
{
DriverManager.registerDriver(new Driver());
} catch (SQLException E) {
throw new RuntimeException("Can't register driver!");
}
}
}
看到com.mysql.jdbc.Driver调用了DriverManager的registerDriver方法,这个类在java.sql.DriverManager下:
public class DriverManager
{
private static final CopyOnWriteArrayList<DriverInfo> registeredDrivers = new CopyOnWriteArrayList();
private static volatile int loginTimeout = 0;
private static volatile PrintWriter logWriter = null;
private static volatile PrintStream logStream = null;
private static final Object logSync = new Object();
static final SQLPermission SET_LOG_PERMISSION = new SQLPermission("setLog");
...
}
看到所有的DriverInfo都在CopyOnWriteArrayList中。既然看到了CopyOnWriteArrayList,我自然免不了要研究一番为什么JDK使用的是这个List。
首先提两点:
1、CopyOnWriteArrayList位于java.util.concurrent包下,可想而知,这个类是为并发而设计的
2、CopyOnWriteArrayList,顾名思义,Write的时候总是要Copy,也就是说对于CopyOnWriteArrayList,任何可变的操作(add、set、remove等等)都是伴随复制这个动作的,后面会解读CopyOnWriteArrayList的底层实现机制
四个关注点在CopyOnWriteArrayList上的答案
关 注 点 | 结 论 |
CopyOnWriteArrayList是否允许空 | 允许 |
CopyOnWriteArrayList是否允许重复数据 | 允许 |
CopyOnWriteArrayList是否有序 | 有序 |
CopyOnWriteArrayList是否线程安全 | 线程安全 |
如何向CopyOnWriteArrayList中添加元素
对于CopyOnWriteArrayList来说,增加、删除、修改、插入的原理都是一样的,所以用增加元素来分析一下CopyOnWriteArrayList的底层实现机制就可以了。先看一段代码:
public static void main(String[] args)
{
List<Integer> list = new CopyOnWriteArrayList<Integer>();
list.add(1);
list.add(2);
}
看一下这段代码做了什么,先是第3行的实例化一个新的CopyOnWriteArrayList:
public class CopyOnWriteArrayList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
private static final long serialVersionUID = 8673264195747942595L; /** The lock protecting all mutators */
transient final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); /** The array, accessed only via getArray/setArray. */
private volatile transient Object[] array;
...
}
public CopyOnWriteArrayList() {
setArray(new Object[0]);
}
final void setArray(Object[] a) {
array = a;
}
看到,对于CopyOnWriteArrayList来说,底层就是一个Object[] array,然后实例化一个CopyOnWriteArrayList,用图来表示非常简单:
就是这样,Object array指向一个数组大小为0的数组。接着看一下,第4行的add一个整数1做了什么,add的源代码是:
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();
}
}
画一张图表示一下:
每一步都清楚地表示在图上了,一次add大致经历了几个步骤:
1、加锁
2、拿到原数组,得到新数组的大小(原数组大小+1),实例化出一个新的数组来
3、把原数组的元素复制到新数组中去
4、新数组最后一个位置设置为待添加的元素(因为新数组的大小是按照原数组大小+1来的)
5、把Object array引用指向新数组
6、解锁
整个过程看起来比较像ArrayList的扩容。有了这个基础,我们再来看一下第5行的add了一个整数2做了什么,这应该非常简单了,还是画一张图来表示:
和前面差不多,就不解释了。
另外,插入、删除、修改操作也都是一样,每一次的操作都是以对Object[] array进行一次复制为基础的,如果上面的流程看懂了,那么研究插入、删除、修改的源代码应该不难。
普通List的缺陷
常用的List有ArrayList、LinkedList、Vector,其中前两个是线程非安全的,最后一个是线程安全的。我有一种场景,两个线程操作了同一个List,分别对同一个List进行迭代和删除,就如同下面的代码:
public static class T1 extends Thread
{
private List<Integer> list; public T1(List<Integer> list)
{
this.list = list;
} public void run()
{
for (Integer i : list)
{
}
}
} public static class T2 extends Thread
{
private List<Integer> list; public T2(List<Integer> list)
{
this.list = list;
} public void run()
{
for (int i = 0; i < list.size(); i++)
{
list.remove(i);
}
}
}
首先我在这两个线程中放入ArrayList并启动这两个线程:
public static void main(String[] args)
{
List<Integer> list = new ArrayList<Integer>(); for (int i = 0; i < 10000; i++)
{
list.add(i);
} T1 t1 = new T1(list);
T2 t2 = new T2(list);
t1.start();
t2.start();
}
运行结果为:
Exception in thread "Thread-0" java.util.ConcurrentModificationException
at java.util.AbstractList$Itr.checkForComodification(AbstractList.java:372)
at java.util.AbstractList$Itr.next(AbstractList.java:343)
at com.xrq.test60.TestMain$T1.run(TestMain.java:19)
把ArrayList换成LinkedList,main函数的代码就不贴了,运行结果为:
Exception in thread "Thread-0" java.util.ConcurrentModificationException
at java.util.LinkedList$ListItr.checkForComodification(LinkedList.java:761)
at java.util.LinkedList$ListItr.next(LinkedList.java:696)
at com.xrq.test60.TestMain$T1.run(TestMain.java:19)
可能有人觉得,这两个线程都是线程非安全的类,所以不行。其实这个问题和线程安不安全没有关系,换成Vector看一下运行结果:
Exception in thread "Thread-0" java.util.ConcurrentModificationException
at java.util.AbstractList$Itr.checkForComodification(AbstractList.java:372)
at java.util.AbstractList$Itr.next(AbstractList.java:343)
at com.xrq.test60.TestMain$T1.run(TestMain.java:19)
Vector虽然是线程安全的,但是只是一种相对的线程安全而不是绝对的线程安全,它只能够保证增、删、改、查的单个操作一定是原子的,不会被打断,但是如果组合起来用,并不能保证线程安全性。比如就像上面的线程1在遍历一个Vector中的元素、线程2在删除一个Vector中的元素一样,势必产生并发修改异常,也就是fail-fast。
CopyOnWriteArrayList的作用
把上面的代码修改一下,用CopyOnWriteArrayList:
public static void main(String[] args)
{
List<Integer> list = new CopyOnWriteArrayList<Integer>(); for (int i = 0; i < 10; i++)
{
list.add(i);
} T1 t1 = new T1(list);
T2 t2 = new T2(list);
t1.start();
t2.start();
}
可以运行一下这段代码,是没有任何问题的。
看到我把元素数量改小了一点,因为我们从上面的分析中应该可以看出,CopyOnWriteArrayList的缺点,就是修改代价十分昂贵,每次修改都伴随着一次的数组复制;但同时优点也十分明显,就是在并发下不会产生任何的线程安全问题,也就是绝对的线程安全,这也是为什么我们要使用CopyOnWriteArrayList的原因。
另外,有两点必须讲一下。我认为CopyOnWriteArrayList这个并发组件,其实反映的是两个十分重要的分布式理念:
(1)读写分离
我们读取CopyOnWriteArrayList的时候读取的是CopyOnWriteArrayList中的Object[] array,但是修改的时候,操作的是一个新的Object[] array,读和写操作的不是同一个对象,这就是读写分离。这种技术数据库用的非常多,在高并发下为了缓解数据库的压力,即使做了缓存也要对数据库做读写分离,读的时候使用读库,写的时候使用写库,然后读库、写库之间进行一定的同步,这样就避免同一个库上读、写的IO操作太多
(2)最终一致
对CopyOnWriteArrayList来说,线程1读取集合里面的数据,未必是最新的数据。因为线程2、线程3、线程4四个线程都修改了CopyOnWriteArrayList里面的数据,但是线程1拿到的还是最老的那个Object[] array,新添加进去的数据并没有,所以线程1读取的内容未必准确。不过这些数据虽然对于线程1是不一致的,但是对于之后的线程一定是一致的,它们拿到的Object[] array一定是三个线程都操作完毕之后的Object array[],这就是最终一致。最终一致对于分布式系统也非常重要,它通过容忍一定时间的数据不一致,提升整个分布式系统的可用性与分区容错性。当然,最终一致并不是任何场景都适用的,像火车站售票这种系统用户对于数据的实时性要求非常非常高,就必须做成强一致性的。
最后总结一点,随着CopyOnWriteArrayList中元素的增加,CopyOnWriteArrayList的修改代价将越来越昂贵,因此,CopyOnWriteArrayList适用于读操作远多于修改操作的并发场景中。
图解集合3:CopyOnWriteArrayList的更多相关文章
- 测试JUC安全类型的集合:CopyOnWriteArrayList
测试JUC安全类型的集合:CopyOnWriteArrayList 代码: package multithreading.TestSynchronized; import com.sun.xml.in ...
- 图解集合4:HashMap
初识HashMap 之前的List,讲了ArrayList.LinkedList,最后讲到了CopyOnWriteArrayList,就前两者而言,反映的是两种思想: (1)ArrayList以数组形 ...
- 死磕 java集合之CopyOnWriteArrayList源码分析
欢迎关注我的公众号"彤哥读源码",查看更多源码系列文章, 与彤哥一起畅游源码的海洋. 简介 CopyOnWriteArrayList是ArrayList的线程安全版本,内部也是通过 ...
- 图解集合6:LinkedHashMap
初识LinkedHashMap 上两篇文章讲了HashMap和HashMap在多线程下引发的问题,说明了,HashMap是一种非常常见.非常有用的集合,并且在多线程情况下使用不当会有线程安全问题. 大 ...
- 图解集合5:不正确地使用HashMap引发死循环及元素丢失
问题引出 前一篇文章讲解了HashMap的实现原理,讲到了HashMap不是线程安全的.那么HashMap在多线程环境下又会有什么问题呢? 几个月前,公司项目的一个模块在线上运行的时候出现了死循环,死 ...
- 图解集合2:LinkedList
初识LinkedList 上一篇中讲解了ArrayList,本篇文章讲解一下LinkedList的实现. LinkedList是基于链表实现的,所以先讲解一下什么是链表.链表原先是C/C++的概念,是 ...
- 图解集合1:ArrayList
前言 这个分类中,将会写写Java中的集合.集合是Java中非常重要而且基础的内容,因为任何数据必不可少的就是该数据是如何存储的,集合的作用就是以一定的方式组织.存储数据.这里写的集合,一部分是比较常 ...
- JUC集合之 CopyOnWriteArrayList
CopyOnWriteArrayList介绍 它相当于线程安全的ArrayList.和ArrayList一样,它是个可变数组:但是和ArrayList不同的时,它具有以下特性: 它最适合于具有以下特征 ...
- 写时复制集合 —— CopyOnWriteArrayList
前言 JUC 下面还有一个系列的类,都是 CopyOnWriteXXX ,意思是写时复制,这个究竟是怎么回事?那就以 CopyOnWriteArrayList 为切入点,一起了解写时复制是怎么回事? ...
随机推荐
- 魔性の分块 | | jzoj1243 | | 线段树の暴力
题目的打开方式是酱紫的 然而作为一只蒻蒟根本不会线段树该怎么办呢? sro MZX orz 是这样说的:用分块啊! 分块 根据紫萱学姐的教程,分块的打开姿势是这样的: 我们要对一个数组进行整体操作 ...
- 动态加载jar包中的类(方式一)
嘛, 直接上代码 public static class TestClassLoader extends ClassLoader { @Override protected Class<?> ...
- zend studio常用快捷键
1.提示符助手快捷键 alt+/ 你可以自定义 window->keys->Content assist->Binding 2.复制当前行 alt+ctrl+下 3.删除 ctrl+ ...
- android系统启动
首页 资讯 精华 论坛 问答 博客 专栏 群组 更多 ▼ 您还未登录 ! 登录 注册 Ant space 博客 微博 相册 收藏 留言 关于我 android启动过程再研 Androi ...
- js简化判断是否为手机访问
var ua = navigator.userAgent; var ipad = ua.match(/(iPad).*OS\s([\d_]+)/), isIphone = !ipad &&am ...
- checkbox标签已有checked=checked属性但是不显示勾选
点击全选按钮,选中下面的列表,再次点击取消选择. 第一次的使用的方法是$("input[name=xxx]").attr('checked',true); 但是往往刷新页面第一次点 ...
- C# 有关打印机的连接判断...随便看看
各位coder手下留情 /// <summary> /// 判断是否连接打印机 /// </summary> public bool CheckPrinter() { //取得 ...
- 关于libsvm工具箱在64位matlab下的安装说明
LIBSVM工具箱的安装 基本方法: 1.在网上下载LIBSVM工具箱. http://www.csie.ntu.edu.tw/~cjlin/libsvm/ 2.将LIBSVM工具箱所在目录添加到MA ...
- mybatis报invalue types()错误
错误信息: Cause: org.apache.ibatis.reflection.ReflectionException: Error instantiating class cn.qd.mybat ...
- 数据库软件dbForge Studio for MySQL更新至v.6.1
本文转自:慧都控件网 说到MariaDB,这个数据库算是MySQL的一个分支.现在非常的流行,很多地方都能看到它的身影.MariaDB作为一种新的数据库管理系统,在短时间内获得如此高的关注度.这也是D ...