CopyOnWriteArrayList

• CopyOnWriteArrayList 线程安全
  
  • 使用分析
    • 优点
      
      • 性能高：读取没有锁，更改才有锁
      • 读写隔离高：更改时不影响正常读取
    • 缺点
      
      • 性能问题：不适合写操作多场景，导致复制次数多，性能低
      • 内存问题：不适合数据量大的场景，导致每次复制时占用内存多
      • 数据弱一致性： 不支持快速失败机制，在修改操作开始和结束之间读取的都是老数据
    • 适用场景：写操作不多，数据量不大，内存资源充足的情况
  • 设计分析
    
    • 设计目标
      • List可以同时达到多线程的安全和性能的高效
    • 设计思路
      • 要解决的问题
        • 多线程安全问题和性能高效问题
      • 解决问题的思路
        
        • 读取操作不加锁，修改操作加锁但不能影响读取操作。
      • 解决问题的方案
        • Coyp On Write 方案解决修改时的多线程安全问题，并保证修改时不影响读取操作
    • 实现原理
      
      • 读取没有锁
      • 添加和删除时使用ReentrantLock锁
      • 每次添加和删除时使用Arrays.copyOf（）生成只多一个或者少一个长度的数组，没有倍数扩容和缩容
      • 更改操作完成后，将老数组指针指向新数组
      • 基于Object[]实现
  • 源码分析
    • 继承关系
      • public class CopyOnWriteArrayList<E>
        extends Object
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, Serializable
        
        
    • add方法
      • public boolean add(E e) {
            final ReentrantLock lock = this.lock;
            // 加锁
            lock.lock();
            try {
                // 获取原来的数组
                Object[] elements = getArray();
                // 原来数组的长度
                int len = elements.length;
                // 创建一个长度+1的新数组，并将原来数组的元素复制给新数组
                Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
                // 元素放在新数组末尾
                newElements[len] = e;
                // array指向新数组
                setArray(newElements);
                return true;
            } finally {
                // 解锁
                lock.unlock();
            }
        }
        
        
    • 删除方法
      
      • public E remove(int index) {
            // 获取可重入锁
            final ReentrantLock lock = this.lock;
            // 加锁
            lock.lock();
            try {
                 //获取当前array数组
                Object[] elements = getArray();
                // 获取当前array长度
                int len = elements.length;
                //获取指定索引的元素(旧值)
                E oldValue = get(elements, index);
                int numMoved = len - index - 1;
                // 判断删除的是否是最后一个元素
                if (numMoved == 0)
                     // 如果删除的是最后一个元素，直接复制该元素前的所有元素到新的数组
                    setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
                else {
                    // 分段复制，将index前的元素和index+1后的元素复制到新数组
                    // 新数组长度为旧数组长度-1
                    Object[] newElements = new Object[len - 1];
                    System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
                    System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index,
                                     numMoved);
                    //将新数组赋值给array引用
                    setArray(newElements);
                }
                return oldValue;
            } finally {
                 // 解锁
                lock.unlock();
            }
        }
  • https://javaguide.cn/java/collection/copyonwritearraylist-source-code.html