Java 经典面试题：聊一聊 JUC 下的 CopyOnWriteArrayList

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：

使用 Collections.SynchronizedList ；
使用 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。
在新的数组上进行拷贝，对老数组没有任何影响，只有新数组完全拷贝完成之后，外部才能访问到，降低了在赋值过程中，老数组数据变动的影响。比如经典的 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；

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巴特西

Java 经典面试题：聊一聊 JUC 下的 CopyOnWriteArrayList

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