CopyOnWriteArrayList 讀寫分離，弱一致性

為什么會有CopyOnWriteArrayList？

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我們知道ArrayList和LinkedList實現的List都是非線程安全的，於是就有了Vector，它是基於ArrayList的線程安全集合，但Vector無論是add方法還是get方法都加上了synchronized修飾，當多線程讀寫List必須排隊執行，很顯然這樣效率比較是低下的，那有沒有一種辦法讓效率提升，讓當讀List的時候線程是異步的，當寫List是同步的呢？答案是CopyOnWriteArrayList，他是讀寫分離的，好處是提高線程訪問效率，下面我們對比下CopyOnWriteArrayList和Vector執行效率。

import java.util.Vector;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;

/**
 * @author ：jiaolian
 * @date ：Created in 2021-01-18 15:28
 * @description：安全list性能對比
 * @modified By：
 * 公眾號:叫練
 */
public class SafeListTest {

    private static Vector<String> safeList = new Vector<>();
    //private static CopyOnWriteArrayList<String> safeList = new CopyOnWriteArrayList<>();

    private static CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //初始化
        safeList.add("叫練");
        MySerive fishSerive = new MySerive();
        long start = System.currentTimeMillis();
        new Thread(()->{
            fishSerive.read();
            countDownLatch.countDown();
        },"叫練讀線程").start();
        new Thread(()->{
            fishSerive.write();
            countDownLatch.countDown();
        },"叫練寫線程").start();
        countDownLatch.await();
        System.out.println("花費:"+(System.currentTimeMillis()-start));
    }

    private static class MySerive {
        //讀
        public void read() {
            for (int i=0 ;i<1000000; i++) {
                safeList.get(0);
            }
        }

        //寫
        public void write() {
            for (int i=0 ;i<100000; i++) {
                safeList.add("叫練");
            }
        }
    }
}

 

如上代碼：當安全集合用Vector時，執行時長是100毫秒，當安全集合用CopyOnWriteArrayList時，執行時長是5000毫秒，神碼？你不是說CopyOnWriteArrayList的效率要高么?但執行情況CopyOnWriteArrayList執行的時長竟然是Vector的50倍！通過翻看源碼，我們發現當CopyOnWriteArrayList寫元素時是通過備份數組的方式實現的，當多線程同步激烈，數據量較大時會不停的復制數組，內存浪費嚴重。這就是時過長的原因！但是我們還是認可讀寫分離思想！

 

什么是弱一致性

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

/**
 * @author ：jiaolian
 * @date ：Created in 2021-01-18 16:40
 * @description：CopyOnWriteArrayList弱一致性
 * @modified By：
 * 公眾號:叫練
 */
public class WeekCopyOnWriteArrayListTest {

    private static CopyOnWriteArrayList<String> safeList = new CopyOnWriteArrayList<>();
    //private static Vector<String> safeList = new Vector<>();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        safeList.add("叫");
        safeList.add("練");
        Iterator<String> iterator = safeList.iterator();
        Thread thread = new Thread(()->{
            //刪除下標為0的元素
            safeList.remove(0);
        });
        thread.start();
        //主線程等待thread執行完成;
        thread.join();
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }

}

 

如上代碼：主線程等待thread子線程執行完畢，循環打印safeList元素，最終執行結果如下圖所示

 

 

你可能會有疑問，thread不是已經刪除“叫”嗎？控制台不是應該只打印一個“練”字嗎？為什么還會打出“叫練”兩個字，原因是main線程在執行Iterator<String> iterator = safeList.iterator();保存了元素快照，所以能看到這樣的執行結果，當thread線程執行完畢后，此時JVM內存狀態如下圖所示！

 

fail-safe特性

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提到fail-safe，會先提到fail-fast，字面上翻譯快速失敗，它是集合快速檢測失敗機制，防止集合不正確操作！一般情況下，如果線程通過iterator方式循環集合時，另外一個線程也修改了這個集合，我們測試下，如上述測試弱一致性的代碼，將private static CopyOnWriteArrayList<String> safeList = new CopyOnWriteArrayList<>();換成private static Vector<String> safeList = new Vector<>();會發生什么情況呢？

如上圖，java.util.ConcurrentModificationException，集合並發修改錯誤，但換成CopyOnWriteArrayList執行正常，原因是CopyOnWriteArrayList刪除數據時會有集合快照。

所以他是fail-safe，而Vector是fail-fast！

總結

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總結下吧，我們用代碼簡述說明了CopyOnWriteArrayList的讀寫分離，弱一致性，fail-safe，fail-safe等概念，並簡述了實現原理。喜歡的請點贊加關注哦。我是叫練【公眾號】，邊叫邊練。