Java 經典面試題：聊一聊 JUC 下的 CopyOnWriteArrayList
ArrayList 是我們常用的工具類之一，但是在多執行緒的情況下，ArrayList 作為共享變數時，並不是執行緒安全的。主要有以下兩個原因：
- 1、 ArrayList 自身的 elementData、size、modCount 在進行操作的時候，都沒有加鎖；
- 2、這些變數沒有被 volatile 修飾，在多執行緒的情況下，對這些變數操作可能會出現值被覆蓋的情況；
如果我們想在多執行緒情況下使用 ArrayList 怎麼辦？有以下幾種辦法：
- 使用 Collections.SynchronizedList ；
- 使用 JUC 下的 CopyOnWriteArrayList；
先來看看 SynchronizedLis，Collections 其實就是對 ArrayList 進行了一個加鎖包裝，這個從源碼中可以看出;
...部分源碼，完整源碼請查看 JDK 源碼...
public void add(int index, E element) {
synchronized (mutex) {list.add(index, element);}
}
public E remove(int index) {
synchronized (mutex) {return list.remove(index);}
}
對於 Collections.SynchronizedList 比較簡單，就是鎖包裝了一下，就不多說了~
CopyOnWriteArrayList 也是 JUC 下面的一個並發容器類。不知道你發現沒有，但凡你常用的集合類，在 JUC 下基本上都可以找到一個並發類，比如 hashMap 有對應的 ConcurrentHashMap。
CopyOnWriteArrayList 跟 ArrayList 在整體架構上並沒有什麼區別，底層都是基於數組實現的。不同的地方大概有兩點：
- 底層數組被 volatile 關鍵字修飾；
- 對數組進行數據變更時加鎖；
CopyOnWriteArrayList 的加鎖操作跟 Collections.SynchronizedList 簡單的加鎖還不一樣，CopyOnWriteArrayList 中的加鎖過程還是非常值得學習的。CopyOnWriteArrayList 的加鎖過程，大概可以概括為以下四步：
- 1、加鎖；
- 2、從原數組中拷貝出新數組；
- 3、在新數組上進行操作，並把新數組賦值給數組容器；
- 4、解鎖；
結合源碼來深入了解 CopyOnWriteArrayList 的並發實現，我們選擇 ArrayList 最簡單的將元素新增數組尾部的操作來分析實現過程，源碼如下：
/**
* 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) {
// 獲取鎖，注意這是全局鎖
final ReentrantLock lock = this.lock;
// 加鎖操作
lock.lock();
try {
// 獲取數組
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
// 將數組內容拷貝到新數組中
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
// 對新數組操作
newElements[len] = e;
// 變更底層數組的引用
setArray(newElements);
return true;
} finally {
// 解鎖
lock.unlock();
}
}
CopyOnWriteArrayList 就是通過加鎖來說實現容器安全的，可能你會有疑問，為什麼引入一個新數組，數組的拷貝還是消耗時間的，直接在原數組上操作不就好了嗎？。主要原因有以下兩點：
- volatile 關鍵字修飾的是數組，如果我們簡單的在原來數組上修改其中某幾個元素的值，是無法觸發可見性的，我們必須通過修改數組的記憶體地址才行，也就說要對數組進行重新賦值才行。
- 在新的數組上進行拷貝，對老數組沒有任何影響，只有新數組完全拷貝完成之後，外部才能訪問到，降低了在賦值過程中，老數組數據變動的影響。比如經典的
ConcurrentModificationException異常問題。
其他的新增方法就自己去查看源碼了，相差不多，基本上是一樣的。對數組的刪除跟新增都是差不多，不同的地方是在刪除了時候，賦值給新數組時會出現不同的選擇策略。我把源碼貼上：
public E remove(int index) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
// 加鎖
lock.lock();
try {
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
E oldValue = get(elements, index);
// 先計算出要移動的問題
int numMoved = len - index - 1;
// 根據移動的位置選擇策略
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 {
//解鎖
lock.unlock();
}
}
CopyOnWriteArrayList 還有其他的方法，在這裡我就不過多介紹了。根據你們自己的疑問去扒一扒 CopyOnWriteArrayList 的源碼就知道了，總體來說 CopyOnWriteArrayList 並不難，甚至感覺比 ArrayList 要簡單。
總結一下：CopyOnWriteArrayList 是安全的並發容器，有以下兩個特點：
- 1、對數組的寫操作加鎖，讀操作不加鎖；
- 2、通過加鎖 + 數組拷貝+ volatile 來保證執行緒安全；
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