ArrayList 是我們常用的工具類之一,但是在多線程的情況下,ArrayList 作爲共享變量時,並不是線程安全的。主要有以下兩個原因:
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1、ArrayList 自身的 elementData、size、modCount 在進行操作的時候,都沒有加鎖 ;
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2、 這些變量沒有被 volatile 修飾,在多線程的情況下,對這些變量操作可能會出現值被覆蓋的情況 ;
如果我們想在多線程情況下使用 ArrayList 怎麼辦?有以下幾種辦法:
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用 Collections.SynchronizedList ;
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用 JUC 下的 CopyOnWriteArrayList ;
先來看看 SynchronizedLis,Collections 其實就是對 ArrayList 進行了一個加鎖包裝,這個從源碼中可以看出;
...部分源碼,完整源碼請查看 JDK 源碼... public void add(int index, E element) { synchronized (mutex) {list.add(index, element);} } public E remove(int index) { synchronized (mutex) {return list.remove(index);} }
對於 Collections.SynchronizedList 比較簡單,就是鎖包裝了一下,就不多說了~
CopyOnWriteArrayList 也是 JUC 下面的一個併發容器類。不知道你發現沒有,但凡你常用的集合類,在 JUC 下基本上都可以找到一個併發類,比如 hashMap 有對應的 ConcurrentHashMap。
CopyOnWriteArrayList 跟 ArrayList 在整體架構上並沒有什麼區別,底層都是基於數組實現的 。不同的地方大概有兩點:
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底層數組被 volatile 關鍵字修飾;
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對數組進行數據變更時加鎖;
CopyOnWriteArrayList 的加鎖操作跟 Collections.SynchronizedList 簡單的加鎖還不一樣,CopyOnWriteArrayList 中的加鎖過程還是非常值得學習的。CopyOnWriteArrayList 的加鎖過程,大概可以概括爲以下四步:
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1、加鎖;
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2、從原數組中拷貝出新數組;
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3、在新數組上進行操作,並把新數組賦值給數組容器;
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4、解鎖;
結合源碼來深入瞭解 CopyOnWriteArrayList 的併發實現,我們選擇 ArrayList 最簡單的將元素新增數組尾部的操作來分析實現過程,源碼如下:
/** * 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) { // 獲取鎖,注意這是全局鎖 final ReentrantLock lock = this.lock; // 加鎖操作 lock.lock(); try { // 獲取數組 Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; // 將數組內容拷貝到新數組中 Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1); // 對新數組操作 newElements[len] = e; // 變更底層數組的引用 setArray(newElements); return true; } finally { // 解鎖 lock.unlock(); } }
CopyOnWriteArrayList 就是通過加鎖來說實現容器安全的,可能你會有疑問, 「爲什麼引入一個新數組,數組的拷貝還是消耗時間的,直接在原數組上操作不就好了嗎?」 。主要原因有以下兩點:
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volatile 關鍵字修飾的是數組,如果我們簡單的在原來數組上修改其中某幾個元素的值,是無法觸發可見性的,我們必須通過修改數組的內存地址才行,也就說要對數組進行重新賦值才行 。
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在新的數組上進行拷貝,對老數組沒有任何影響,只有新數組完全拷貝完成之後,外部才能訪問到,降低了在賦值過程中,老數組數據變動的影響。比如經典的
ConcurrentModificationException
異常問題 。
其他的新增方法就自己去查看源碼了,相差不多,基本上是一樣的。對數組的刪除跟新增都是差不多,不同的地方是在刪除了時候,賦值給新數組時會出現不同的選擇策略。我把源碼貼上:
public E remove(int index) { final ReentrantLock lock = this.lock; // 加鎖 lock.lock(); try { Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; E oldValue = get(elements, index); // 先計算出要移動的問題 int numMoved = len - index - 1; // 根據移動的位置選擇策略 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 { //解鎖 lock.unlock(); } }
CopyOnWriteArrayList 還有其他的方法,在這裏我就不過多介紹了。根據你們自己的疑問去扒一扒 CopyOnWriteArrayList 的源碼就知道了,總體來說 CopyOnWriteArrayList 並不難,甚至感覺比 ArrayList 要簡單。
總結一下:CopyOnWriteArrayList 是安全的併發容器,有以下兩個特點:
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1、對數組的寫操作加鎖,讀操作不加鎖;
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2、 通過加鎖 + 數組拷貝+ volatile 來保證線程安全 ;