Java中CopyOnWriteArrayList源码解析

简介

CopyOnWriteArrayList是Java中并发编程常用的数据结构，在多线程的环境下，它可以保证线程安全。它的实现是通过在写入时复制整个数组，从而避免了并发写入数据时的冲突。

CopyOnWriteArrayList继承自AbstractList，同样实现了List接口。它在List的基础功能上，增加了并发控制的特性。它提供了线程安全的List操作方法，如添加、删除、读取等。

实现原理

CopyOnWriteArrayList的实现依赖于读多写少的场景。它在每次对底层数组进行并发修改时，都会先拷贝一份原有的底层数组，对拷贝的数组进行修改，然后将新建的数组引用赋给原来的数组引用。

在Java8中，CopyOnWriteArrayList的底层数组使用了volatile关键字修饰。这意味着在新建数组后，CopyOnWriteArrayList实例的原始数组引用将被更新为最新数组的引用，使得后续读取原始数组的线程将可以读取到更新后的数据。

示例

示例1：在多线程中向CopyOnWriteArrayList中添加数据

下面的代码演示如何在多线程中向CopyOnWriteArrayList中添加数据

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
import java.util.stream.IntStream;

public class CopyOnWriteArrayListDemo {

    public static void main(String[] args) {
        CopyOnWriteArrayList<Integer> list = new CopyOnWriteArrayList<>();

        // 创建10个生产者线程
        IntStream.range(0, 10).forEach(i -> {
            new Thread(() -> {
                for (int j = 0; j < 5; j++) {
                    list.add(j);
                }
            }).start();
        });

        // 创建5个消费者线程
        IntStream.range(0, 5).forEach(i -> {
            new Thread(() -> {
                for (;;) {
                    System.out.println(list.remove(0));
                }
            }).start();
        });
    }

}

示例2：遍历CopyOnWriteArrayList

下面的代码演示如何遍历CopyOnWriteArrayList

import java.util.Iterator;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

public class CopyOnWriteArrayListDemo {

    public static void main(String[] args) {
        CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
        list.add("a");
        list.add("b");
        list.add("c");

        // 获取迭代器
        Iterator<String> iterator = list.iterator();

        // 在迭代器遍历的过程中添加元素
        new Thread(() -> {
            list.add("d");
            list.add("e");
            list.add("f");
        }).start();

        // 遍历
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }

}

总结

CopyOnWriteArrayList作为线程安全的List操作类，在多线程场景中经常会被使用。它通过读多写少的场景来实现线程安全，并提供了丰富的操作方法供开发者调用。同时，由于每次修改都需要复制底层数组，因此它的性能相对较差，在需要高并发读写的场景中，可能需要考虑其他方案。