ArrayList 是我们常用的工具类之一,但是在多线程的情况下,ArrayList 作为共享变量时,并不是线程安全的。主要有以下两个原因:
1、ArrayList 自身的 elementData、size、modCount 在进行操作的时候,都没有加锁 ;
2、 这些变量没有被 volatile 修饰,在多线程的情况下,对这些变量操作可能会出现值被覆盖的情况 ;
如果我们想在多线程情况下使用 ArrayList 怎么办?有以下几种办法:
用 Collections.SynchronizedList ;
用 JUC 下的 CopyOnWriteArrayList ;
先来看看 SynchronizedLis,Collections 其实就是对 ArrayList 进行了一个加锁包装,这个从源码中可以看出;
...部分源码,完整源码请查看 JDK 源码... public void add(int index, E element) { synchronized (mutex) {list.add(index, element);} } public E remove(int index) { synchronized (mutex) {return list.remove(index);} }
对于 Collections.SynchronizedList 比较简单,就是锁包装了一下,就不多说了~
CopyOnWriteArrayList 也是 JUC 下面的一个并发容器类。不知道你发现没有,但凡你常用的集合类,在 JUC 下基本上都可以找到一个并发类,比如 hashMap 有对应的 ConcurrentHashMap。
CopyOnWriteArrayList 跟 ArrayList 在整体架构上并没有什么区别,底层都是基于数组实现的 。不同的地方大概有两点:
底层数组被 volatile 关键字修饰;
对数组进行数据变更时加锁;
CopyOnWriteArrayList 的加锁操作跟 Collections.SynchronizedList 简单的加锁还不一样,CopyOnWriteArrayList 中的加锁过程还是非常值得学习的。CopyOnWriteArrayList 的加锁过程,大概可以概括为以下四步:
1、加锁;
2、从原数组中拷贝出新数组;
3、在新数组上进行操作,并把新数组赋值给数组容器;
4、解锁;
结合源码来深入了解 CopyOnWriteArrayList 的并发实现,我们选择 ArrayList 最简单的将元素新增数组尾部的操作来分析实现过程,源码如下:
/** * 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) { // 获取锁,注意这是全局锁 final ReentrantLock lock = this.lock; // 加锁操作 lock.lock(); try { // 获取数组 Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; // 将数组内容拷贝到新数组中 Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1); // 对新数组操作 newElements[len] = e; // 变更底层数组的引用 setArray(newElements); return true; } finally { // 解锁 lock.unlock(); } }
CopyOnWriteArrayList 就是通过加锁来说实现容器安全的,可能你会有疑问, 「为什么引入一个新数组,数组的拷贝还是消耗时间的,直接在原数组上操作不就好了吗?」 。主要原因有以下两点:
volatile 关键字修饰的是数组,如果我们简单的在原来数组上修改其中某几个元素的值,是无法触发可见性的,我们必须通过修改数组的内存地址才行,也就说要对数组进行重新赋值才行 。
ConcurrentModificationException
异常问题
。 其他的新增方法就自己去查看源码了,相差不多,基本上是一样的。对数组的删除跟新增都是差不多,不同的地方是在删除了时候,赋值给新数组时会出现不同的选择策略。我把源码贴上:
public E remove(int index) { final ReentrantLock lock = this.lock; // 加锁 lock.lock(); try { Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; E oldValue = get(elements, index); // 先计算出要移动的问题 int numMoved = len - index - 1; // 根据移动的位置选择策略 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 { //解锁 lock.unlock(); } }
CopyOnWriteArrayList 还有其他的方法,在这里我就不过多介绍了。根据你们自己的疑问去扒一扒 CopyOnWriteArrayList 的源码就知道了,总体来说 CopyOnWriteArrayList 并不难,甚至感觉比 ArrayList 要简单。
总结一下:CopyOnWriteArrayList 是安全的并发容器,有以下两个特点:
1、对数组的写操作加锁,读操作不加锁;
2、 通过加锁 + 数组拷贝+ volatile 来保证线程安全 ;