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线程安全的List之CopyOnWriteArrayList

13620 Java | 2023-6-29

ArrayList是线程不安全的，这点毋庸置疑。因为ArrayList的所有方法既没有加锁，也没有进行额外的线程安全处理。

而Vector作为线程安全版的ArrayList，存在感总是比较低。因为无论是add、remove还是get方法都加上了synchronized锁，所以效率低下。

OIP.jpg

无意中看到掘金中有人写了这样一遍文章（我花了两天时间没解决的问题，chatgpt用了5秒搞定）

看到最后，终归来说是一个多线程下的并发问题，有些人可能觉得这个问题很弱，但是咋说呢，我也遇上了。


因为我按正常逻辑写了一段代码，需要从数据库查询7次数据，后来发现每次查询的速度特别慢，由于业务原因SQL暂时无法优化。

此时想到一个解决方案，就是多条退走路，以下代码模拟了基本流程

package com.example.springboot;

import cn.hutool.core.date.DateUtil;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;

public class IpTest {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> reList = new ArrayList<>();
        ThreadPoolExecutor pool = (ThreadPoolExecutor) Executors.newFixedThreadPool(7);
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(7); // 一周
        for (int i = 0; i < 7 ; i++){
            CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
                try {
                    reList.add(DateUtil.now());
                }catch (Exception e){
                    e.printStackTrace();
                }finally {
                    countDownLatch.countDown(); // 异步执行结束
                }
                return null;
            }, pool);
        }
        // 同步等待查询结果
        try {
            countDownLatch.await(30, TimeUnit.SECONDS);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        reList.stream().forEach(s -> System.out.println(s));
        pool.shutdown();
    }
}

CountDownLatch用于主线程堵塞等待子任务执行完毕，参考（Future机制实际应用）

CompletableFuture用于异步执行任务，注意务必在finally中释放countDownLatch，否则主线程会一直堵塞30秒。

多次运行这个程序，你会发现一个问题，有时会打印出来空

2023-06-29 09:45:42
null
2023-06-29 09:45:42
2023-06-29 09:45:42
2023-06-29 09:45:42
2023-06-29 09:45:42

原因就是因为ArrayList不是线程安全。


解决方案有两种

（1）使用synchronized关键字

CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
try {
synchronized (reList){
reList.add(DateUtil.now());
}
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}finally {
countDownLatch.countDown(); // 异步执行结束
}
return null;
}, pool);

（2）使用CopyOnWriteArrayList代替

List<String> reList = new CopyOnWriteArrayList<>();


关于CopyOnWriteArrayList的解释，网上一大堆，这里点到为止。

这里简单说下，CopyOnWriteArrayList不管是add也好，还是remove也好。都是通过ReentrantLock + volatile + 数组拷贝来实现线程安全的。

而且每次add/remove操作都会开辟新数组，会占用系统内存。

但是存在肯定也是有好处的，就是get(int index)不需要加锁，因为CopyOnWriteArrayList在add/remove操作时，不会修改原数组，所以读操作不会存在线程安全问题。这其实就是读写分离的思想，只有写入的时候才加锁，复制副本来进行修改。CopyOnWriteArrayList也叫写时复制容器。

而且在迭代过程中，即使数组的结构被改变也不会抛出ConcurrentModificationException异常。因为迭代的始终是原数组，而所有的变化都发生在原数组的副本上。所以对于迭代器来说，迭代的集合结构不会发生改变。


总结：CopyOnWriteArrayList的优点主要有两个：

线程安全

大大的提高了“读”操作的并发度（相比于Vector）

缺点也很明显：

每次“写”操作都会开辟新的数组，浪费空间

无法保证实时性，因为“读”和“写”不在同一个数组，且“读”操作没有加互斥锁，所以不能保证强一致性，只能保证最终一致性

add/remove操作效率低，既要加锁，还要拷贝数组

所以CopyOnWriteArrayList比较适合读多写少的场景。


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