為什么線程安全的List推薦使用CopyOnWriteArrayList，而不是Vector沼本？
注：本系列文章中用到的jdk版本均為java8
相比很多同學(xué)在剛接觸Java集合的時(shí)候噩峦，線程安全的List用的一定是Vector。但是現(xiàn)在用到的線程安全的List一般都會(huì)用CopyOnWriteArrayList抽兆，很少有人再去用Vector了识补，至于為什么，文章中會(huì)具體說(shuō)到辫红。接下來(lái)凭涂，我們先來(lái)簡(jiǎn)單分析一下Vector的源碼。
一贴妻、Vector集合源碼簡(jiǎn)析
由于本文的重點(diǎn)不是Vector集合切油，因此只是簡(jiǎn)單地分析一下Vector的初始化方法和添加元素的方法。
Vector的底層實(shí)現(xiàn)和ArrayList一樣名惩，都是由數(shù)組實(shí)現(xiàn)的澎胡。
Vector的主要變量如下：
/**
* 存放元素的數(shù)組
*/
protected Object[] elementData;
/**
* 元素個(gè)數(shù)
*/
protected int elementCount;
/**
* 擴(kuò)容自增容量大小
*/
protected int capacityIncrement;
1.1 Vector初始化
Vector的初始化提供了三個(gè)方法，除了可以指定初始容量的大小娩鹉，還可以指定擴(kuò)容容量的大小攻谁。構(gòu)造器分別如下：
無(wú)參構(gòu)造器
public Vector() {
this(10);
}
指定初始化容量的構(gòu)造器
public Vector(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, 0);
}
指定初始化容量和擴(kuò)容容量大小的構(gòu)造器
public Vector(int initialCapacity, int capacityIncrement) {
super();
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+initialCapacity);
this.elementData = new Object[initialCapacity];
this.capacityIncrement = capacityIncrement;
}
從上面的構(gòu)造器中可以看出，如果調(diào)用無(wú)參構(gòu)造器弯予，則會(huì)創(chuàng)建一個(gè)初始化容量為10戚宦，擴(kuò)容容量為0的Vector集合。
1.2 如何擴(kuò)容
Vector的擴(kuò)容機(jī)制和ArrayList的很像锈嫩，如果不清楚ArrayList的擴(kuò)容機(jī)制受楼，可以看看這篇文章垦搬。這里我們直接看Vector的擴(kuò)容方法grow。
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
// 初始化數(shù)組的長(zhǎng)度艳汽，默認(rèn)為10
int oldCapacity = elementData.length;
// 是否指定擴(kuò)容容量猴贰，不指定擴(kuò)容為原來(lái)的2倍
int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ?
capacityIncrement : oldCapacity);
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
通過(guò)上面的方法，我們可以看出骚灸，如果指定了擴(kuò)容容量的大小則擴(kuò)容的新數(shù)組大小為原來(lái)的數(shù)組加上擴(kuò)容容量的大小糟趾，如果不指定擴(kuò)容容量的大小則擴(kuò)容的新數(shù)組大小為原來(lái)數(shù)組大小的2倍。這樣擴(kuò)容為原來(lái)的2倍是很消耗空間的甚牲，這也是Vector被棄用的原因之一义郑。
除此之外，看過(guò)源碼的同學(xué)可能發(fā)現(xiàn)了丈钙，Vector集合的所有操作元素的方法都加了synchronized關(guān)鍵字非驮，這就導(dǎo)致了操作Vector的效率會(huì)非常低，在開(kāi)發(fā)中雏赦，往往讀操作的使用頻率會(huì)遠(yuǎn)高于其他操作劫笙，而CopyOnWriteArrayList就是這樣一種讀操作效率遠(yuǎn)高于寫(xiě)操作效率的List，一起來(lái)看看星岗。
二填大、CopyOnWriteArrayList源碼簡(jiǎn)析
CopyOnWriteArrayList類(lèi)圖：
2.1 CopyOnWrite思想
CopyOnWrite簡(jiǎn)稱(chēng)COW，根據(jù)名字來(lái)看就是寫(xiě)入時(shí)復(fù)制俏橘。意思就是大家共同去訪問(wèn)一個(gè)資源允华，如果有人想要去修改這個(gè)資源的時(shí)候，就需要復(fù)制一個(gè)副本寥掐，去修改這個(gè)副本靴寂，而對(duì)于其他人來(lái)說(shuō)訪問(wèn)得資源還是原來(lái)的，不會(huì)發(fā)生變化召耘。
2.2 初始化CopyOnWriteArrayList
CopyOnWriteArrayList 底層是也是有數(shù)組實(shí)現(xiàn)的百炬。 本文我們只解讀添加元素和讀取元素的區(qū)別，刪除修改元素原理和添加元素差不多污它，操作時(shí)都需要進(jìn)行加鎖剖踊，而讀操作不會(huì)加鎖。
CopyOnWriteArrayList主要有以下兩個(gè)變量：
// 獨(dú)占鎖
final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
// 存放元素的數(shù)組
private transient volatile Object[] array;
我們仔細(xì)來(lái)分析一下上面兩個(gè)屬性衫贬，這兩個(gè)思想是 CopyOnWriteArrayList 的核心 蜜宪。
- lock：ReentrantLock，獨(dú)占鎖祥山，多線程運(yùn)行的情況下，只有一個(gè)線程會(huì)獲得這個(gè)鎖掉伏，只有釋放鎖后其他線程才能獲得缝呕。
- array：存放數(shù)據(jù)的數(shù)組澳窑，關(guān)鍵是被volatile修飾了，被volatile修飾供常，就保證了可見(jiàn)性摊聋，也就是一個(gè)線程修改后，其他線程立即可見(jiàn)栈暇。
最常用的初始化方式如下：
/**
* Creates an empty list.
*/
public CopyOnWriteArrayList() {
setArray(new Object[0]);
}
/**
* Sets the array.
*/
final void setArray(Object[] a) {
array = a;
}
初始化只是創(chuàng)建了一個(gè)空的數(shù)組麻裁，并將array指向它。
2.3 添加元素
public boolean add(E e) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
// 獲取原來(lái)的數(shù)組
Object[] elements = getArray();
// 原來(lái)數(shù)組的長(zhǎng)度
int len = elements.length;
// 創(chuàng)建一個(gè)長(zhǎng)度+1的新數(shù)組源祈，并將原來(lái)數(shù)組的元素復(fù)制給新數(shù)組
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
// 元素放在新數(shù)組末尾
newElements[len] = e;
// array指向新數(shù)組
setArray(newElements);
return true;
} finally {
lock.unlock();
}
}
添加數(shù)組的步驟如下：
- 獲得獨(dú)占鎖煎源，將添加功能加鎖
- 獲取原來(lái)的數(shù)組，并得到其長(zhǎng)度
- 創(chuàng)建一個(gè)長(zhǎng)度為原來(lái)數(shù)組長(zhǎng)度+1的數(shù)組香缺，并拷貝原來(lái)的元素給新數(shù)組
- 追加元素到新數(shù)組末尾
- 指向新數(shù)組
- 釋放鎖
這個(gè)過(guò)程是線程安全的手销，COW的核心思想就是每次修改的時(shí)候拷貝一個(gè)新的資源去修改，add()方法在拷貝新資源的時(shí)候?qū)?shù)組容量+1图张，這樣雖然每次添加元素都會(huì)浪費(fèi)一定的空間锋拖，但是數(shù)組的長(zhǎng)度正好是元素的長(zhǎng)度，也在一定程度上節(jié)省了擴(kuò)容的開(kāi)銷(xiāo)祸轮。
2.4 獲取元素
public E get(int index) {
return get(getArray(), index);
}
final Object[] getArray() {
return array;
}
private E get(Object[] a, int index) {
return (E) a[index];
}
讀操作是天然安全的操作兽埃，而且數(shù)組本身會(huì)進(jìn)行檢查越界問(wèn)題，因此獲取元素的方法很簡(jiǎn)單适袜，只是根據(jù)索引獲取該元素柄错。
public int size() {
return getArray().length;
}
由于CopyOnWriteArrayList的底層數(shù)組長(zhǎng)度，本身就是元素大小痪蝇，因此size()方法只要返回?cái)?shù)組長(zhǎng)度就可以了鄙陡。
三、總結(jié)
Vector和CopyOnWriteArrayList都是線程安全的List躏啰，底層都是數(shù)組實(shí)現(xiàn)的趁矾，Vector的每個(gè)方法都進(jìn)行了加鎖，而CopyOnWriteArrayList的讀操作是不加鎖的给僵，因此CopyOnWriteArrayList的讀性能遠(yuǎn)高于Vector毫捣，Vector每次擴(kuò)容的大小都是原來(lái)數(shù)組大小的2倍，而CopyOnWriteArrayList不需要擴(kuò)容帝际，通過(guò)COW思想就能使數(shù)組容量滿足要求蔓同。兩個(gè)集合都是先了RandomAccess接口，支持隨機(jī)讀取蹲诀，因此更加推薦使用for循環(huán)進(jìn)行遍歷斑粱。在開(kāi)發(fā)中，讀操作會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于其他操作脯爪，因此使用CopyOnWriteArrayList集合效率更高则北。
