CopyOnWriteArrayList 和 synchronizedList 之间的区别

Question

根据我的理解，并发集合类优于同步集合，因为并发集合类不会锁定完整的集合对象。相反，它们会锁定集合对象的一小部分。

但是当我检查CopyOnWriteArrayList 的add 方法时，我们正在获取对完整集合对象的锁定。那为什么CopyOnWriteArrayList 比Collections.synchronizedList 返回的列表好呢？我在CopyOnWriteArrayList 的add 方法中看到的唯一区别是，每次调用add 方法时，我们都会创建该数组的副本。

public boolean add(E e) {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();
    try {
        Object[] elements = getArray();
        int len = elements.length;
        Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
        newElements[len] = e;
        setArray(newElements);
        return true;
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

Answer 1

根据我的理解，并发集合类优于同步集合，因为并发集合类不会锁定完整的集合对象。相反，它会锁定集合对象的一小部分。

这适用于某些系列，但并非全部。 Collections.synchronizedMap 返回的 map 会围绕每个操作锁定整个 map，而 ConcurrentHashMap 只为某些操作锁定一个哈希桶，或者它可能对其他操作使用非阻塞算法。

对于其他集合，使用的算法以及权衡取舍是不同的。与CopyOnWriteArrayList 相比，Collections.synchronizedList 返回的列表尤其如此。正如您所指出的，synchronizedList 和 CopyOnWriteArrayList 在写入操作期间都会锁定整个数组。那么为什么会有所不同呢？

如果您查看其他操作，例如迭代集合的每个元素，就会发现差异。 Collections.synchronizedList 的文档说，

用户在迭代返回的列表时必须手动同步它：

    List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList());
    ...
    synchronized (list) {
        Iterator i = list.iterator(); // Must be in synchronized block
        while (i.hasNext())
            foo(i.next());
    }

不遵循此建议可能会导致不确定的行为。

换句话说，遍历synchronizedList 是不是线程安全的，除非您手动锁定。请注意，使用此技术时，此列表中其他线程的所有操作，包括迭代、获取、设置、添加和删除，都将被阻止。一次只有一个线程可以对这个集合做任何事情。

相比之下，CopyOnWriteArrayList 的文档说，

“快照”样式的迭代器方法使用对创建迭代器时数组状态的引用。这个数组在迭代器的生命周期内永远不会改变，所以干扰是不可能的并且迭代器保证不会抛出ConcurrentModificationException。自创建迭代器以来，迭代器不会反映对列表的添加、删除或更改。

此列表中其他线程的操作可以同时进行，但迭代不受任何其他线程所做更改的影响。因此，即使写操作锁定了整个列表，CopyOnWriteArrayList 仍然可以提供比普通synchronizedList 更高的吞吐量。 （前提是读取和遍历写入的比例很高。）

Answer 2

对于写入（添加）操作，CopyOnWriteArrayList 使用ReentrantLock 并创建数据的备份副本，并且底层易失性数组引用仅通过 setArray 更新（setArray 之前对列表的任何读取操作将返回之前的旧数据add)。此外，CopyOnWriteArrayList 提供快照故障安全迭代器，并且不会在写入/添加时抛出 ConcurrentModifficationException。

但是当我检查 CopyOnWriteArrayList.class 的 add 方法时，我们正在获取对完整集合对象的锁定。那么为什么 CopyOnWriteArrayList 比 synchronizedList 好。我在 CopyOnWriteArrayList 的 add 方法中看到的唯一区别是，每次调用 add 方法时我们都会创建该数组的副本。

1. 不，锁不在整个 Collection 对象上。如上所述，它是一个ReentrantLock，它不同于内部对象锁。
2. add 方法将始终创建现有数组的副本并对副本进行修改，然后最后更新数组的 volatile 引用以指向这个新数组。这就是为什么我们有名称“CopyOnWriteArrayList” - 当你写入它时会复制。这也避免了 ConcurrentModificationException

Answer 3

1) 对CopyOnWriteArrayList 的获取和其他读取操作不同步。

2) CopyOnWriteArrayList 的迭代器永远不会 throws ConcurrentModificationException 而Collections.synchronizedList 的迭代器可能会抛出它。