文章目錄

• Pre
• 概述
• fail-safe的容器—CopyOnWriteArrayList
• • add
  • remove函數(shù)
• 例子
• 缺陷
• 使用場(chǎng)景

Pre

Java - Java集合中的快速失敗Fail Fast 機(jī)制

概述

ArrayList使用fail-fast機(jī)制自然是因?yàn)樗鰪?qiáng)了數(shù)據(jù)的安全性。

但在某些場(chǎng)景，我們可能想避免fail-fast機(jī)制拋出的異常，這時(shí)我們就要將ArrayList替換為使用fail-safe機(jī)制的CopyOnWriteArrayList.

采用安全失敗機(jī)制的集合容器，在 Iterator 的實(shí)現(xiàn)上沒(méi)有設(shè)計(jì)拋出 ConcurrentModificationException 的代碼段，從而避免了fail-fast。

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fail-safe的容器—CopyOnWriteArrayList

寫(xiě)時(shí)復(fù)制： 當(dāng)我們往一個(gè)容器添加元素的時(shí)候，先將當(dāng)前容器復(fù)制出一個(gè)新的容器，然后新的容器里添加元素，添加完元素之后，再將原容器的引用指向新的容器。

好處是我們可以對(duì)CopyOnWrite容器進(jìn)行并發(fā)的讀，而不需要加鎖，因?yàn)楫?dāng)前容器不會(huì)添加任何元素。所以CopyOnWrite容器也是一種讀寫(xiě)分離的思想，讀和寫(xiě)不同的容器。

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add

public boolean add(E e) {// 可重入鎖final ReentrantLock lock = this.lock;// 獲取鎖lock.lock();try {// 元素?cái)?shù)組Object[] elements = getArray();// 數(shù)組長(zhǎng)度int len = elements.length;// 復(fù)制數(shù)組Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);// 存放元素enewElements[len] = e;// 設(shè)置數(shù)組setArray(newElements);return true;} finally {// 釋放鎖lock.unlock();} }

此函數(shù)用于將指定元素添加到此列表的尾部，處理流程如下

• 獲取鎖(保證多線程的安全訪問(wèn))，獲取當(dāng)前的Object數(shù)組，獲取Object數(shù)組的長(zhǎng)度為length，進(jìn)入步驟②。
• 根據(jù)Object數(shù)組復(fù)制一個(gè)長(zhǎng)度為length+1的Object數(shù)組為newElements(此時(shí)，newElements[length]為null)，進(jìn)入下一步驟。
• 將下標(biāo)為length的數(shù)組元素newElements[length]設(shè)置為元素e，再設(shè)置當(dāng)前Object[]為newElements，釋放鎖，返回。這樣就完成了元素的添加。

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remove函數(shù)

public E remove(int index) {// 可重入鎖final ReentrantLock lock = this.lock;// 獲取鎖lock.lock();try {// 獲取數(shù)組Object[] elements = getArray();// 數(shù)組長(zhǎng)度int len = elements.length;// 獲取舊值E oldValue = get(elements, index);// 需要移動(dòng)的元素個(gè)數(shù)int numMoved = len - index - 1;if (numMoved == 0) // 移動(dòng)個(gè)數(shù)為0// 復(fù)制后設(shè)置數(shù)組setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));else { // 移動(dòng)個(gè)數(shù)不為0// 新生數(shù)組Object[] newElements = new Object[len - 1];// 復(fù)制index索引之前的元素System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);// 復(fù)制index索引之后的元素System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index,numMoved);// 設(shè)置索引setArray(newElements);}// 返回舊值return oldValue;} finally {// 釋放鎖lock.unlock();} }

• ①獲取鎖，獲取數(shù)組elements，數(shù)組長(zhǎng)度為length，獲取索引的值elements[index]，計(jì)算需要移動(dòng)的元素個(gè)數(shù)(length - index - 1),若個(gè)數(shù)為0，則表示移除的是數(shù)組的最后一個(gè)元素，復(fù)制elements數(shù)組，復(fù)制長(zhǎng)度為length-1，然后設(shè)置數(shù)組，進(jìn)入步驟③；否則，進(jìn)入步驟②

• ② 先復(fù)制index索引前的元素，再?gòu)?fù)制index索引后的元素，然后設(shè)置數(shù)組。

• ③ 釋放鎖，返回舊值

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例子

import java.util.Iterator; import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;class PutThread extends Thread {private CopyOnWriteArrayList<Integer> cowal;public PutThread(CopyOnWriteArrayList<Integer> cowal) {this.cowal = cowal;}public void run() {try {for (int i = 100; i < 110; i++) {cowal.add(i);Thread.sleep(50);}} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}} }public class CopyOnWriteArrayListDemo {public static void main(String[] args) {CopyOnWriteArrayList<Integer> cowal = new CopyOnWriteArrayList<Integer>();for (int i = 0; i < 10; i++) {cowal.add(i);}PutThread p1 = new PutThread(cowal);p1.start();Iterator<Integer> iterator = cowal.iterator();while (iterator.hasNext()) {System.out.print(iterator.next() + " ");}System.out.println();try {Thread.sleep(200);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}iterator = cowal.iterator();while (iterator.hasNext()) {System.out.print(iterator.next() + " ");}} }

有一個(gè)PutThread線程會(huì)每隔50ms就向CopyOnWriteArrayList中添加一個(gè)元素，并且兩次使用了迭代器，迭代器輸出的內(nèi)容都是生成迭代器時(shí)，CopyOnWriteArrayList的Object數(shù)組的快照的內(nèi)容，在迭代的過(guò)程中，往CopyOnWriteArrayList中添加元素也不會(huì)拋出異常。

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100 101 102 103

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缺陷

由于寫(xiě)操作的時(shí)候，需要拷貝數(shù)組，會(huì)消耗內(nèi)存，如果原數(shù)組的內(nèi)容比較多的情況下，可能導(dǎo)致young gc或者full gc

不能用于實(shí)時(shí)讀的場(chǎng)景，像拷貝數(shù)組、新增元素都需要時(shí)間，所以調(diào)用一個(gè)set操作后，讀取到數(shù)據(jù)可能還是舊的,雖然CopyOnWriteArrayList 能做到最終一致性,但是還是沒(méi)法滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性要求；

使用場(chǎng)景

合適讀多寫(xiě)少的場(chǎng)景，不過(guò)這類(lèi)慎用

誰(shuí)也沒(méi)法保證CopyOnWriteArrayList 到底要放置多少數(shù)據(jù)，萬(wàn)一數(shù)據(jù)稍微有點(diǎn)多，每次add/set都要重新復(fù)制數(shù)組，這個(gè)代價(jià)實(shí)在太高 ，容易引起故障

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java - Java集合中的安全失败Fail Safe机制 （CopyOnWriteArrayList）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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