Java中CopyOnWriteArrayList的使用解析

 更新时间:2023年12月20日 08:47:50   作者:Yaaaaang194  
这篇文章主要介绍了Java中CopyOnWriteArrayList的使用解析,CopyOnWriteArrayList适合使用在读操作远远大于写操作的场景里,比如缓存,它不存在扩容的概念,每次写操作都要复制一个副本,在副本的基础上修改后改变Array引用,需要的朋友可以参考下

一、CopyOnWriteArrayList介绍

①、CopyOnWriteArrayList,写数组的拷贝,支持高效率并发且是线程安全的,读操作无锁的ArrayList。所有可变操作都是通过对底层数组进行一次新的复制来实现。

②、CopyOnWriteArrayList适合使用在读操作远远大于写操作的场景里,比如缓存。它不存在扩容的概念,每次写操作都要复制一个副本,在副本的基础上修改后改变Array引用。CopyOnWriteArrayList中写操作需要大面积复制数组,所以性能肯定很差。

③、CopyOnWriteArrayList 合适读多写少的场景,不过这类慎用 ,因为谁也没法保证CopyOnWriteArrayList 到底要放置多少数据,万一数据稍微有点多,每次add/set都要重新复制数组,这个代价实在太高昂了。在高性能的互联网应用中,这种操作分分钟引起故障。

二、CopyOnWriteArrayList 有几个缺点

1、由于写操作的时候,需要拷贝数组,会消耗内存,如果原数组的内容比较多的情况下,可能导致young gc或者full gc。 (1、young gc :年轻代(Young Generation):对象被创建时,内存的分配首先发生在年轻代(大对象可以直接被创建在年老代),大部分的对象在创建后很快就不再使用,因此很快变得不可达,于是被年轻代的GC机制清理掉(IBM的研究表明,98%的对象都是很快消亡的),这个GC机制被称为Minor GC或叫Young GC。

2、年老代(Old Generation):对象如果在年轻代存活了足够长的时间而没有被清理掉(即在几次Young GC后存活了下来),则会被复制到年老代,年老代的空间一般比年轻代大,能存放更多的对象,在年老代上发生的GC次数也比年轻代少。当年老代内存不足时,将执行Major GC,也叫 Full GC )

3、不能用于实时读的场景,像拷贝数组、新增元素都需要时间,所以调用一个set操作后,读取到数据可能还是旧的,虽然CopyOnWriteArrayList 能做到最终一致性,但是还是没法满足实时性要求;

三、CopyOnWriteArrayList的一些方法

1、add(E e) :将指定元素添加到此列表的尾部,返回值为boolean。

2、add(int index, E element) : 在此列表的指定位置上插入指定元素。

3、clear():从此列表移除所有元素。

4、contains(Object o) :如果此列表包含指定的元素,则返回 true。

5、equals(Object o) :比较指定对象与此列表的相等性。

6、get(int index) : 返回列表中指定位置的元素。
7、hashCode() : 返回此列表的哈希码值。

8、indexOf(E e, int index) : 返回第一次出现的指定元素在此列表中的索引,从 index 开始向前搜索,如果没有找到该元素,则返回 -1。

9、indexOf(Object o) :返回此列表中第一次出现的指定元素的索引;如果此列表不包含该元素,则返回 -1。

10、isEmpty() :如果此列表不包含任何元素,则返回 true。

11、iterator() :返回以恰当顺序在此列表元素上进行迭代的迭代器,返回值为 Iterator。

12、lastIndexOf(E e, int index) :返回最后一次出现的指定元素在此列表中的索引,从 index 开始向后搜索,如果没有找到该元素,则返回 -1。

13、lastIndexOf(Object o) : 返回此列表中最后出现的指定元素的索引;如果列表不包含此元素,则返回 -1。

14、remove(int index) :移除此列表指定位置上的元素。

15、remove(Object o) :从此列表移除第一次出现的指定元素(如果存在),返回值为 boolean。

16、set(int index, E element) :用指定的元素替代此列表指定位置上的元素。

17、size() :返回此列表中的元素数。

18、subList(int fromIndex, int toIndex) :返回此列表中 fromIndex(包括)和 toIndex(不包括)之间部分的视图,返回值为 List 。

四、Java代码示例

package chapter3.copyonwrite;
import java.util.Iterator;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
/**
 * @author czd
 */
public class CopyOnWriteArrayListTest {
    public static void main(String[] args) {
        /**
         * 构造方法摘要
         * CopyOnWriteArrayList():
         *           创建一个空列表。
         * CopyOnWriteArrayList(Collection<? extends E> c):
         *           创建一个按 collection 的迭代器返回元素的顺序包含指定 collection 元素的列表。
         * CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn):
         *           创建一个保存给定数组的副本的列表。
         */
        /**
         * 1、add(E e) :将指定元素添加到此列表的尾部,返回值为boolean。
         *
         * 2、iterator() :返回以恰当顺序在此列表元素上进行迭代的迭代器,返回值为Iterator<E>。
         */
        CopyOnWriteArrayList<Integer> copyOnWriteArrayList = new CopyOnWriteArrayList<>();
        Boolean addBoolean = copyOnWriteArrayList.add(1);
        System.out.println("是否添加到此列表的尾部?" + addBoolean);
        Iterator<Integer> iterator = copyOnWriteArrayList.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            System.out.println("iterator的结果: " + iterator.next());
        }
        /**
         * 3、add(int index, E element) :在此列表的指定位置上插入指定元素。
         */
        CopyOnWriteArrayList<Integer> copyOnWriteArrayList1 = new CopyOnWriteArrayList<>();
        copyOnWriteArrayList1.add(1);
        copyOnWriteArrayList1.add(2);
        copyOnWriteArrayList1.add(2,5);
//        copyOnWriteArrayList1.add(4,6);
        System.out.println("index = 0 的值为:" + copyOnWriteArrayList1.get(0));
        System.out.println("index = 1 的值为:" + copyOnWriteArrayList1.get(1));
        System.out.println("index = 2 的值为:" + copyOnWriteArrayList1.get(2));
//        System.out.println("index = 4 的值为:" + copyOnWriteArrayList1.get(4));
        /**
         * 注意:如果使用add(int index, E element),必须保证index的前面的index存在值,不然会报错。
         *      (可以把上两行注释去掉,运行试试结果)
         */
        /**
         * 4.1、indexOf(E e, int index)
         *           返回第一次出现的指定元素在此列表中的索引,从 index 开始向前搜索,如果没有找到该元素,则返回 -1。
         * 4.2、indexOf(Object o)
         *           返回此列表中第一次出现的指定元素的索引;如果此列表不包含该元素,则返回 -1。
         */
        CopyOnWriteArrayList<Integer> copyOnWriteArrayList2 = new CopyOnWriteArrayList<>();
        copyOnWriteArrayList2.add(1);
        copyOnWriteArrayList2.add(2);
        copyOnWriteArrayList2.add(3);
        Integer indexFirst = copyOnWriteArrayList2.indexOf(2);
        System.out.println("2的index为:" + indexFirst);
        /**
         * 5.1、lastIndexOf(E e, int index)
         *           返回最后一次出现的指定元素在此列表中的索引,从 index 开始向后搜索,如果没有找到该元素,则返回 -1。
         * 5.2、lastIndexOf(Object o)
         *           返回此列表中最后出现的指定元素的索引;如果列表不包含此元素,则返回 -1。
         */
        CopyOnWriteArrayList<Integer> copyOnWriteArrayList3 = new CopyOnWriteArrayList<>();
        copyOnWriteArrayList3.add(1);
        copyOnWriteArrayList3.add(2);
        copyOnWriteArrayList3.add(3);
        copyOnWriteArrayList3.add(3);
        copyOnWriteArrayList3.add(4);
        Integer lastIndexOf = copyOnWriteArrayList3.lastIndexOf(3);
        System.out.println("列表中最后出现的指定元素的索引: " + lastIndexOf);
        /**
         * 6、remove(int index) :移除此列表指定位置上的元素,并且此下标后面的值会进一位,
         *                      即index为1的值被remove掉,index为2的值就变为index为1的值。
         */
        CopyOnWriteArrayList<Integer> copyOnWriteArrayList4 = new CopyOnWriteArrayList<>();
        copyOnWriteArrayList4.add(5);
        copyOnWriteArrayList4.add(6);
        copyOnWriteArrayList4.add(7);
        copyOnWriteArrayList4.add(8);
        Integer removeResult = copyOnWriteArrayList4.remove(1);
        System.out.println("copyOnWriteArrayList4索引为1的值:" + removeResult);
        System.out.println("copyOnWriteArrayList4中是否还存在索引为1的值:" + copyOnWriteArrayList4.get(1));
        /**
         * 7、remove(Object o) :从此列表移除第一次出现的指定元素(如果存在)。
         */
        CopyOnWriteArrayList<String> copyOnWriteArrayList5 = new CopyOnWriteArrayList<>();
        copyOnWriteArrayList5.add("5");
        copyOnWriteArrayList5.add("6");
        copyOnWriteArrayList5.add("6");
        copyOnWriteArrayList5.add("7");
        copyOnWriteArrayList5.add("7");
        System.out.println("没被remove前的size: " + copyOnWriteArrayList5.size());
        Boolean removeBoolean = copyOnWriteArrayList5.remove("7");
        System.out.println("copyOnWriteArrayList5是否移除7成功?" + removeBoolean);
        System.out.println("index为3的值为:" + copyOnWriteArrayList5.get(3));
        System.out.println("被remove后的size: " + copyOnWriteArrayList5.size());
        /**
         * 8、set(int index, E element) :用指定的元素替代此列表指定位置上的元素。
         */
        CopyOnWriteArrayList<String> copyOnWriteArrayList6 = new CopyOnWriteArrayList<>();
        copyOnWriteArrayList6.add("1");
        copyOnWriteArrayList6.add("2");
        copyOnWriteArrayList6.add("3");
        copyOnWriteArrayList6.add("4");
        copyOnWriteArrayList6.add("5");
        System.out.println("没使用set()方法前,index = 1 的值为:" + copyOnWriteArrayList6.get(1));
        copyOnWriteArrayList6.set(1,"czd");
        System.out.println("使用set()方法后,index = 1 的值为:" + copyOnWriteArrayList6.get(1));
    }
}

五、总结

CopyOnWriteArrayList这是一个ArrayList的线程安全的变体,其原理大概可以通俗的理解为:初始化的时候只有一个容器,很长一段时间,这个容器数据、数量等没有发生变化的时候,大家(多个线程),都是读取(假设这段时间里只发生读取的操作)同一个容器中的数据,所以这样大家读到的数据都是唯一、一致、安全的,但是后来有人往里面增加了一个数据,这个时候CopyOnWriteArrayList 底层实现添加的原理是先copy出一个容器(可以简称副本),再往新的容器里添加这个新的数据,最后把新的容器的引用地址赋值给了之前那个旧的的容器地址,但是在添加这个数据的期间,其他线程如果要去读取数据,仍然是读取到旧的容器里的数据。

到此这篇关于Java中CopyOnWriteArrayList的使用解析的文章就介绍到这了,更多相关CopyOnWriteArrayList的使用内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家!

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