ArrayList
ArrayList 的保护机制
for(String str : list){
if(str.equals("123")){
list.remove(str); //抛出异常
}
}
这里的 foreach
语法糖实际上调用了 ArrayList 的迭代器类。如下:
如果在开始迭代的时候数组中有 5 个元素,但是在迭代中移除了一个元素,数组实际上还有 4 个元素,但是还是会遍历第五个元素,这就导致了下标越界错误,ArrayList 不允许这种异常发生。还有在多线程下场景下,一个线程遍历这个 ArrayList , 另一个线程移除数组中的某个元素,也会发生 ConcurrentModificationException
异常。
fail-Fast 机制
这个机制就是 fail-Fast 机制,快速失败系统,通常设计用于停止有缺陷的过程,这是一种理念,在进行系统设计时优先考虑异常情况,一旦发生异常,直接停止并上报。
public int divide(int divisor, int dividend){
if (dividend == 0) {
throw new RuntimeException("被除数不能为 0"); //这里就是 fail-fast 的体现
}
return divisor / dividend;
}
保护机制的实现原理
在 ArrayList 中有一个成员变量: modCount
, 它是从 AbstractList
继承来的, modCount
记录数组每次写操作的次数。当像数组增加或移除一个元素,其值加 1,初始值为 0,在开始遍历的时候,会记录当下数组的 modCount
值为 expectedModCount
,遍历每个元素时都会比较 modCount
和 expectedModCount
两个值,如果不同,就会抛出异常,代表着在遍历的时候修改了数组。如下:
怎么样才可以在循环中修改数组?
如果我们每次向数组中添加或删除元素时,同步修改 exceptedModCount
就不会抛出异常了,ArrayList 没有直接提供这种方法,而是把这种方法委托给迭代器了:
所以我们可以这样做:
Iterator <String> iterator = list.iterator();
while(iterator.hasNext()){
String str = iterator.next();
iterator.remove(); //正确做法
}
CopyOnWriteArrayList
CopyOnWriteArrayList 是 ArrayList 的线程安全版本,读取无锁,写时有锁。适用于 写少读多的场景,会有不一致的现象
实现原理
见名知意—— 写时复制, 当线程在数组上移除,添加元素时,先加锁,将原数组复制一份,然后基于副本操作,最后将已经更改的副本覆盖元数组,释放锁。
其内部有一个 ReentranLock
来控制锁的获取和释放。
先看一下内部结构图:
get 方法
可以看到get方法非常简单,直接获取内部数组第i个元素,没有其他加锁的操作
add 方法
一些其他方法都是这种套路,不再一一罗列。
存在的问题
利用了空间换时间的思想提高性能,因为在每一步的写操作都复制了一个副本,如果数组比较大,就会导致内存占用急剧增加,引发频繁 full GC,从而影响系统性能。
如何解决
我们可以利用 ReenTranLock 自定义一个线程安全的ArrayList, 分别定义一个 读锁和写锁,读写、写写 互斥。 读读不互斥。避免这种数组的拷贝