Java并发包中CopyOnWrite容器相关类简介

简介：

本文是主要介绍，并发容器CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet（不含重复元素的并发容器）的基本原理和使用示例。

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1. CopyOnWriteArrayList

从类的名字我们可以看出，该类是基于ArrayList类实现的。而CopyOnWrite的意思显然借鉴了操作系统中写时拷贝的思想。该容器主要有以下特点：

1）读取该容器中元素时，不加锁。

2）写操作，会加锁，也就是说多个线程进行写入操作时会逐个获取锁后进行写入。

3）写操作不会影响读操作，也就是说线程要进行读操作时，不会因为有线程正在进行写操作而阻塞。

下面是写操作源代码

    public E set(int index, E element) {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            Object[] elements = getArray();
            E oldValue = get(elements, index);

            if (oldValue != element) {
                int len = elements.length;
                Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len);
                newElements[index] = element;
                setArray(newElements);
            } else {
                // Not quite a no-op; ensures volatile write semantics
                setArray(elements);
            }
            return oldValue;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

工作原理：在CopyOnWriteArrayList类中，定一了一个数组private transient volatile Object[] array;容器中存储的对象的索引都会放在这个数组中。

写操作首先会获取锁。当获取锁成功后，复制该数组到一个新的数组newElements中，然后修改或者添加某个元素（注意这个时候如果有线程来读取该数组中的某个值，由于读操作不需要获取锁，所以不会被阻塞，但是可能不能读取到最新修改后的值）。修改后，让array指向经过修改后的新数组newElements，原array指向的数组会被垃圾回收器回收。

下面的代码是CopyOnWriteArrayList的演示例程

package javalearning;

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

/*CopyOnWriteArrayList演示例程*/
public class CopyOnWriteArrayListDemo {
	/*定义一个CopyOnWriteArrayList对象，读线程和写线程会同时使用它*/
	private CopyOnWriteArrayList<Integer> cowal = new CopyOnWriteArrayList<Integer>();
	{
		/*对CopyOnWriteArrayList对象初始化*/
		cowal.add(1);
		cowal.add(2);
		cowal.add(3);
	}

	private Random rnd = new Random();

	public class ReadThread implements Runnable{
		private String id;

		public ReadThread(String id){
			this.id = id;
		}

		@Override
		public void run() {
			try {
				Thread.sleep(rnd.nextInt(1000));
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
			/*读线程会打印出CopyOnWriteArrayList对象的所有数值*/
			System.out.println(id + " " + cowal.toString());
		}

	}

	public class WriteThread implements Runnable{

		/*写线程会将CopyOnWriteArrayList对象的所有数值加1*/
		@Override
		public void run() {
			for(int i = 0; i < cowal.size(); i++){
				int x = cowal.get(i);

				/*每修改一个元素之前加锁*/
				cowal.set(i, x+1);
				/*修改完一个元素后释放锁*/

				try{
					Thread.sleep(rnd.nextInt(1000));
				}catch(InterruptedException e){
					e.printStackTrace();
				}
			}
		}

	}

	public static void main(String[] args){
		ExecutorService es = Executors.newCachedThreadPool();
		CopyOnWriteArrayListDemo demo = new CopyOnWriteArrayListDemo();
		/*创建两个读线程*/
		es.execute(demo.new ReadThread("r1"));
		es.execute(demo.new ReadThread("r2"));
		/*创建两个写线程*/
		es.execute(demo.new WriteThread());
		es.execute(demo.new WriteThread());

		es.shutdown();
		while(!es.isTerminated()){
			;
		}
		System.out.println("=====================");
		/*CopyOnWriteArrayList对象中的最终值*/
		System.out.println("eventual " + demo.cowal.toString());
	}
}

全部结束后，最终结果和我们预想的一致。

r2 [2, 3, 3]
r1 [2, 4, 3]
=====================
eventual [2, 4, 5]

2. CopyOnWriteArraySet

CopyOnWriteArraySet是一个不存贮重复对象的写时拷贝容器。它的实现的原理很简单，在其内部定义了一个CopyOnWriteArrayList对象al，当向该容器添加一个对象时，会调用addIfAbsent方法。

    public boolean add(E e) {
        return al.addIfAbsent(e);
    }

3. 参考内容

[1] 聊聊并发-Java中的Copy-On-Write容器 | 并发编程网 – ifeve.com

[2] Java并发编程：并发容器之CopyOnWriteArrayList（转载）