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快速失败机制（fail-fast）

2021-07-01 15:01:33 作者：互联网

先了解一些词语

volatile：volatile的本意是“易变的”。volatile关键字是一种类型修饰符，用它声明的类型变量表示可以被某些编译器未知的因素更改，比如：操作系统、硬件或者其它线程等。遇到这个关键字声明的变量，编译器对访问该变量的代码就不再进行优化，从而可以提供对特殊地址的稳定访问。当要求使用volatile 声明的变量的值的时候，系统总是重新从它所在的内存读取数据，即使它前面的指令刚刚从该处读取过数据。而且读取的数据立刻被保存。volatile 指出 i是随时可能发生变化的，每次使用它的时候必须从i的地址中读取。对于volatile类型的变量，系统每次用到他的时候都是直接从对应的内存当中提取，而不会利用cache当中的原有数值，以适应它的未知何时会发生的变化。

fail-fast 机制是java集合(Collection)中的一种错误机制。当多个线程对同一个集合的内容进行操作时，就可能会产生fail-fast事件。
例如：当某一个线程A通过iterator去遍历某集合的过程中，若该集合的内容被其他线程所改变了；那么线程A访问集合时，就会抛出ConcurrentModificationException异常，产生fail-fast事件。在详细介绍fail-fast机制的原理之前，先通过一个示例来认识fail-fast。

import java.util.*;
import java.util.concurrent.*;
/*


@desc java集合中Fast-Fail的测试程序。



fast-fail事件产生的条件：当多个线程对Collection进行操作时，若其中某一个线程通过iterator去遍历集合时，该集合的内容被其他线程所改变；则会抛出ConcurrentModificationException异常。


fast-fail解决办法：通过util.concurrent集合包下的相应类去处理，则不会产生fast-fail事件。



本例中，分别测试ArrayList和CopyOnWriteArrayList这两种情况。ArrayList会产生fast-fail事件，而CopyOnWriteArrayList不会产生fast-fail事件。


(01) 使用ArrayList时，会产生fast-fail事件，抛出ConcurrentModificationException异常；定义如下：


       private static List&lt;String&gt; list = new ArrayList&lt;String&gt;();



(02) 使用时CopyOnWriteArrayList，不会产生fast-fail事件；定义如下：


       private static List&lt;String&gt; list = new CopyOnWriteArrayList&lt;String&gt;();




@author skywang

*/

public class FastFailTest {
private static List<String> list = new ArrayList<String>();

//private static List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>();

public static void main(String[] args) {
 </span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)">//</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)"> 同时启动两个线程对list进行操作！</span>
 <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">new</span><span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> ThreadOne().start();
 </span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">new</span><span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> ThreadTwo().start();

}
private static void printAll() {

System.out.println("");
 String value </span>= <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">null</span><span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)">;
 Iterator iter </span>=<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> list.iterator();
 </span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">while</span><span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)">(iter.hasNext()) {
     value </span>=<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> (String)iter.next();
     System.out.print(value</span>+", "<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)">);
 }

}
/**

向list中依次添加0,1,2,3,4,5，每添加一个数之后，就通过printAll()遍历整个list

*/

private static class ThreadOne extends Thread {

public void run() {

int i = 0;

while (i<6) {

list.add(String.valueOf(i));

printAll();

i++;

}

}

}

/**

向list中依次添加10,11,12,13,14,15，每添加一个数之后，就通过printAll()遍历整个list

*/

private static class ThreadTwo extends Thread {

public void run() {

int i = 10;

while (i<16) {

list.add(String.valueOf(i));

printAll();

i++;

}

}

}



}

View Code

运行结果：
运行该代码，抛出异常java.util.ConcurrentModificationException！即，产生fail-fast事件！

结果说明：
(01) FastFailTest中通过 new ThreadOne().start() 和 new ThreadTwo().start() 同时启动两个线程去操作list。
ThreadOne线程：向list中依次添加0,1,2,3,4,5。每添加一个数之后，就通过printAll()遍历整个list。
ThreadTwo线程：向list中依次添加10,11,12,13,14,15。每添加一个数之后，就通过printAll()遍历整个list。
(02) 当某一个线程遍历list的过程中，list的内容被另外一个线程所改变了；就会抛出ConcurrentModificationException异常，产生fail-fast事件。

fail-fast解决办法

fail-fast机制，是一种错误检测机制。它只能被用来检测错误，因为JDK并不保证fail-fast机制一定会发生。若在多线程环境下使用fail-fast机制的集合，建议使用“java.util.concurrent包下的类”去取代“java.util包下的类”。
所以，本例中只需要将ArrayList替换成java.util.concurrent包下对应的类即可。

fail-fast原理

产生fail-fast事件，是通过抛出ConcurrentModificationException异常来触发的。
那么，ArrayList是如何抛出ConcurrentModificationException异常的呢?

我们知道，ConcurrentModificationException是在操作Iterator时抛出的异常。我们先看看Iterator的源码。ArrayList的Iterator是在父类AbstractList.java中实现的。代码如下：

package java.util;
public abstract class AbstractList<E> extends AbstractCollection<E> implements List<E> {
...

</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)">//</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)"> AbstractList中唯一的属性
</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)">//</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)"> 用来记录List修改的次数：每修改一次(添加/删除等操作)，将modCount+1</span>
<span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">protected</span> <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">transient</span> <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">int</span> modCount = 0<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)">;

</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)">//</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)"> 返回List对应迭代器。实际上，是返回Itr对象。</span>
<span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">public</span> Iterator&lt;E&gt;<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> iterator() {
    </span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">return</span> <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">new</span><span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> Itr();
}

</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)">//</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)"> Itr是Iterator(迭代器)的实现类</span>
<span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">private</span> <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">class</span> Itr <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">implements</span> Iterator&lt;E&gt;<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> {
    </span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">int</span> cursor = 0<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)">;

    </span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">int</span> lastRet = -1<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)">;

    </span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)">//</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)"> 修改数的记录值。
    </span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)">//</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)"> 每次新建Itr()对象时，都会保存新建该对象时对应的modCount；
    </span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)">//</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)"> 以后每次遍历List中的元素的时候，都会比较expectedModCount和modCount是否相等；
    </span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)">//</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)"> 若不相等，则抛出ConcurrentModificationException异常，产生fail-fast事件。</span>
    <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">int</span> expectedModCount =<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> modCount;

    </span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">public</span> <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">boolean</span><span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> hasNext() {
        </span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">return</span> cursor !=<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> size();
    }

    </span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">public</span><span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> E next() {
        </span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)">//</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)"> 获取下一个元素之前，都会判断“新建Itr对象时保存的modCount”和“当前的modCount”是否相等；
        </span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)">//</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)"> 若不相等，则抛出ConcurrentModificationException异常，产生fail-fast事件。</span>

            checkForComodification();

try {

E next = get(cursor);

lastRet = cursor++;

return next;

} catch (IndexOutOfBoundsException e) {

checkForComodification();

throw new NoSuchElementException();

}

}
    </span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">public</span> <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">void</span><span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> remove() {
        </span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">if</span> (lastRet == -1<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)">)
            </span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">throw</span> <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">new</span><span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> IllegalStateException();
        checkForComodification();

        </span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">try</span><span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> {
            AbstractList.</span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">this</span><span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)">.remove(lastRet);
            </span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">if</span> (lastRet &lt;<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> cursor)
                cursor</span>--<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)">;
            lastRet </span>= -1<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)">;
            expectedModCount </span>=<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> modCount;
        } </span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">catch</span><span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> (IndexOutOfBoundsException e) {
            </span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">throw</span> <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">new</span><span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> ConcurrentModificationException();
        }
    }

    </span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">final</span> <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">void</span><span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> checkForComodification() {
        </span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">if</span> (modCount !=<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> expectedModCount)
            </span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">throw</span> <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">new</span><span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> ConcurrentModificationException();
    }
}

...

}

View Code

从中，我们可以发现在调用 next() 和 remove()时，都会执行 checkForComodification()。若 “modCount 不等于 expectedModCount”，则抛出ConcurrentModificationException异常，产生fail-fast事件。

要搞明白 fail-fast机制，我们就要需要理解什么时候“modCount 不等于 expectedModCount”！
从Itr类中，我们知道 expectedModCount 在创建Itr对象时，被赋值为 modCount。通过Itr，我们知道：expectedModCount不可能被修改为不等于 modCount。所以，需要考证的就是modCount何时会被修改。

接下来，我们查看ArrayList的源码，来看看modCount是如何被修改的。

package java.util;
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>

implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

{
...

</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)">//</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)"> list中容量变化时，对应的同步函数</span>
<span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">public</span> <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">void</span> ensureCapacity(<span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">int</span><span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> minCapacity) {
    modCount</span>++<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)">;
    </span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">int</span> oldCapacity =<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> elementData.length;
    </span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">if</span> (minCapacity &gt;<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> oldCapacity) {
        Object oldData[] </span>=<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> elementData;
        </span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">int</span> newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)">;
        </span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">if</span> (newCapacity &lt;<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> minCapacity)
            newCapacity </span>=<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> minCapacity;
        </span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)">//</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)"> minCapacity is usually close to size, so this is a win:</span>
        elementData =<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }
}


</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)">//</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)"> 添加元素到队列最后</span>
<span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">public</span> <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">boolean</span><span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> add(E e) {
    </span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)">//</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)"> 修改modCount</span>
    ensureCapacity(size + 1);  <span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)">//</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)"> Increments modCount!!</span>
    elementData[size++] =<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> e;
    </span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">return</span> <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">true</span><span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)">;
}


</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)">//</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)"> 添加元素到指定的位置</span>
<span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">public</span> <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">void</span> add(<span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">int</span><span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> index, E element) {
    </span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">if</span> (index &gt; size || index &lt; 0<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)">)
        </span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">throw</span> <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">new</span><span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> IndexOutOfBoundsException(
        </span>"Index: "+index+", Size: "+<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)">size);

    </span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)">//</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)"> 修改modCount</span>
    ensureCapacity(size+1);  <span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)">//</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)"> Increments modCount!!</span>
    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)">,
         size </span>-<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> index);
    elementData[index] </span>=<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> element;
    size</span>++<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)">;
}

</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)">//</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)"> 添加集合</span>
<span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">public</span> <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">boolean</span> addAll(Collection&lt;? <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">extends</span> E&gt;<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> c) {
    Object[] a </span>=<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> c.toArray();
    </span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">int</span> numNew =<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> a.length;
    </span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)">//</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)"> 修改modCount</span>
    ensureCapacity(size + numNew);  <span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)">//</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)"> Increments modCount</span>
    System.arraycopy(a, 0<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)">, elementData, size, numNew);
    size </span>+=<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> numNew;
    </span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">return</span> numNew != 0<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)">;
}


</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)">//</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)"> 删除指定位置的元素 </span>
<span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">public</span> E remove(<span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">int</span><span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> index) {
    RangeCheck(index);

    </span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)">//</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)"> 修改modCount</span>
    modCount++<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)">;
    E oldValue </span>=<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> (E) elementData[index];

    </span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">int</span> numMoved = size - index - 1<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)">;
    </span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">if</span> (numMoved &gt; 0<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)">)
        System.arraycopy(elementData, index</span>+1<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)">, elementData, index, numMoved);
    elementData[</span>--size] = <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">null</span>; <span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)">//</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)"> Let gc do its work</span>

    <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">return</span><span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> oldValue;
}


</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)">//</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)"> 快速删除指定位置的元素 </span>
<span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">private</span> <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">void</span> fastRemove(<span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">int</span><span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> index) {

    </span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)">//</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)"> 修改modCount</span>
    modCount++<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)">;
    </span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">int</span> numMoved = size - index - 1<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)">;
    </span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">if</span> (numMoved &gt; 0<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)">)
        System.arraycopy(elementData, index</span>+1<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)">, elementData, index,
                         numMoved);
    elementData[</span>--size] = <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">null</span>; <span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)">//</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)"> Let gc do its work</span>

    }
</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)">//</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)"> 清空集合</span>
<span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">public</span> <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">void</span><span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> clear() {
    </span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)">//</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)"> 修改modCount</span>
    modCount++<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)">;

    </span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)">//</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)"> Let gc do its work</span>
    <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">for</span> (<span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">int</span> i = 0; i &lt; size; i++<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)">)
        elementData[i] </span>= <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">null</span><span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)">;

    size </span>= 0<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)">;
}

...

}

View Code

从中，我们发现：无论是add()、remove()，还是clear()，只要涉及到修改集合中的元素个数时，都会改变modCount的值。

接下来，我们再系统的梳理一下fail-fast是怎么产生的。步骤如下：
(01) 新建了一个ArrayList，名称为arrayList。
(02) 向arrayList中添加内容。
(03) 新建一个“线程a”，并在“线程a”中通过Iterator反复的读取arrayList的值。
(04) 新建一个“线程b”，在“线程b”中删除arrayList中的一个“节点A”。
(05) 这时，就会产生有趣的事件了。
在某一时刻，“线程a”创建了arrayList的Iterator。此时“节点A”仍然存在于arrayList中，创建arrayList时，expectedModCount = modCount(假设它们此时的值为N)。
在“线程a”在遍历arrayList过程中的某一时刻，“线程b”执行了，并且“线程b”删除了arrayList中的“节点A”。“线程b”执行remove()进行删除操作时，在remove()中执行了“modCount++”，此时modCount变成了N+1！
“线程a”接着遍历，当它执行到next()函数时，调用checkForComodification()比较“expectedModCount”和“modCount”的大小；而“expectedModCount=N”，“modCount=N+1”,这样，便抛出ConcurrentModificationException异常，产生fail-fast事件。

至此，我们就完全了解了fail-fast是如何产生的！
即，当多个线程对同一个集合进行操作的时候，某线程访问集合的过程中，该集合的内容被其他线程所改变(即其它线程通过add、remove、clear等方法，改变了modCount的值)；这时，就会抛出ConcurrentModificationException异常，产生fail-fast事件。

上面，说明了“解决fail-fast机制的办法”，也知道了“fail-fast产生的根本原因”。接下来，聊聊并发-Java中的Copy-On-Write容器

Copy-On-Write简称COW，是一种用于程序设计中的优化策略。其基本思路是，从一开始大家都在共享同一个内容，当某个人想要修改这个内容的时候，才会真正把内容Copy出去形成一个新的内容然后再改，这是一种延时懒惰策略。从JDK1.5开始Java并发包里提供了两个使用CopyOnWrite机制实现的并发容器,它们是CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet。CopyOnWrite容器非常有用，可以在非常多的并发场景中使用到。

什么是CopyOnWrite容器

CopyOnWrite容器即写时复制的容器。通俗的理解是当我们往一个容器添加元素的时候，不直接往当前容器添加，而是先将当前容器进行Copy，复制出一个新的容器，然后新的容器里添加元素，添加完元素之后，再将原容器的引用指向新的容器。这样做的好处是我们可以对CopyOnWrite容器进行并发的读，而不需要加锁，因为当前容器不会添加任何元素。所以CopyOnWrite容器也是一种读写分离的思想，读和写不同的容器。

CopyOnWriteArrayList的实现原理

在使用CopyOnWriteArrayList之前，我们先阅读其源码了解下它是如何实现的。以下代码是向ArrayList里添加元素，可以发现在添加的时候是需要加锁的，否则多线程写的时候会Copy出N个副本出来

public boolean add(T e) {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();
    try {
    Object[] elements </span>=<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> getArray();

    </span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">int</span> len =<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> elements.length;
    </span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)">//</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)"> 复制出新数组</span>


        Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
        // 把新元素添加到新数组里

        newElements[len] = e;
        // 把原数组引用指向新数组

        setArray(newElements);
    </span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">return</span> <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">true</span><span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)">;

} </span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">finally</span><span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> {

    lock.unlock();

}

}
final void setArray(Object[] a) {

array = a;

}

View Code

读的时候不需要加锁，如果读的时候有多个线程正在向ArrayList添加数据，读还是会读到旧的数据，因为写的时候不会锁住旧的ArrayList。

public E get(int index) {
    return get(getArray(), index);
}

CopyOnWrite的应用场景

CopyOnWrite并发容器用于读多写少的并发场景。比如白名单，黑名单，商品类目的访问和更新场景，假如我们有一个搜索网站，用户在这个网站的搜索框中，输入关键字搜索内容，但是某些关键字不允许被搜索。这些不能被搜索的关键字会被放在一个黑名单当中，黑名单每天晚上更新一次。当用户搜索时，会检查当前关键字在不在黑名单当中，如果在，则提示不能搜索。实现代码如下：

package com.ifeve.book;
import java.util.Map;
import com.ifeve.book.forkjoin.CopyOnWriteMap;
/**

黑名单服务

@author fangtengfei


*/

public class BlackListServiceImpl {
</span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">private</span> <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">static</span> CopyOnWriteMap&lt;String, Boolean&gt; blackListMap = <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">new</span> CopyOnWriteMap&lt;String, Boolean&gt;<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)">(
        </span>1000<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)">);

</span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">public</span> <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">static</span> <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">boolean</span><span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> isBlackList(String id) {
    </span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">return</span> blackListMap.get(id) == <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">null</span> ? <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">false</span> : <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">true</span><span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)">;
}

</span><span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">public</span> <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">static</span> <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">void</span><span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> addBlackList(String id) {
    blackListMap.put(id, Boolean.TRUE);
}

</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)">/**</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)">
 * 批量添加黑名单
 *
 * </span><span style="color: rgba(128, 128, 128, 1)">@param</span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)"> ids
 </span><span style="color: rgba(0, 128, 0, 1)">*/</span>
<span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">public</span> <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">static</span> <span style="color: rgba(0, 0, 255, 1)">void</span> addBlackList(Map&lt;String,Boolean&gt;<span style="color: rgba(0, 0, 0, 1)"> ids) {
    blackListMap.putAll(ids);
}

}

View Code

代码很简单，但是使用CopyOnWriteMap需要注意两件事情：

1. 减少扩容开销。根据实际需要，初始化CopyOnWriteMap的大小，避免写时CopyOnWriteMap扩容的开销。

2. 使用批量添加。因为每次添加，容器每次都会进行复制，所以减少添加次数，可以减少容器的复制次数。如使用上面代码里的addBlackList方法。

CopyOnWrite的缺点

CopyOnWrite容器有很多优点，但是同时也存在两个问题，即内存占用问题和数据一致性问题。所以在开发的时候需要注意一下。

内存占用问题。因为CopyOnWrite的写时复制机制，所以在进行写操作的时候，内存里会同时驻扎两个对象的内存，旧的对象和新写入的对象（注意:在复制的时候只是复制容器里的引用，只是在写的时候会创建新对象添加到新容器里，而旧容器的对象还在使用，所以有两份对象内存）。如果这些对象占用的内存比较大，比如说200M左右，那么再写入100M数据进去，内存就会占用300M，那么这个时候很有可能造成频繁的Yong GC和Full GC。之前我们系统中使用了一个服务由于每晚使用CopyOnWrite机制更新大对象，造成了每晚15秒的Full GC，应用响应时间也随之变长。频繁的GC是因为修改CopyOnWriteArrayList里大量的元素造成的。两份对象内存是指修改前和修改后两个元素内存。

针对内存占用问题，可以通过压缩容器中的元素的方法来减少大对象的内存消耗，比如，如果元素全是10进制的数字，可以考虑把它压缩成36进制或64进制。或者不使用CopyOnWrite容器，而使用其他的并发容器，如ConcurrentHashMap。

数据一致性问题。CopyOnWrite容器只能保证数据的最终一致性，不能保证数据的实时一致性。所以如果你希望写入的的数据，马上能读到，请不要使用CopyOnWrite容器。

安全失败：

采用安全失败机制的集合容器，在遍历时不是直接在集合内容上访问的，而是先复制原有集合内容，在拷贝的集合上进行遍历。

由于迭代时是对原集合的拷贝进行遍历，所以在遍历过程中对原集合所作的修改并不能被迭代器检测到，故不会抛 ConcurrentModificationException 异常。

引用自：https://www.cnblogs.com/ccgjava/p/6347425.html?utm_source=itdadao&utm_medium=referral

https://blog.csdn.net/a549654065/article/details/105624519

标签：容器,fast,modCount,线程,fail,失败,public
来源： https://www.cnblogs.com/Irving88/p/14958748.html