【Java】如何保证ArrayList的线程安全？

小半 • 2023年2月15日下午5:28 • 技术随笔 • 阅读 250

ArrayList使用十分广泛，但它是线程不安全的，但实际使用中，我们的多线程实现，普遍都是基于一些同步方法或者锁，很多场景其实并不需要关注ArrayList本身的线程安全。

这有三种主流的实现ArrayList线程安全的方法。

一、Vector

Vector 是矢量队列，它是JDK1.0版本添加的类，历史比ArrayList（since 1.2）更为悠久。其底层和ArrayList一样是数组，除线程安全外，大多数实现方法和ArrayList逻辑基本一致。

值得一提的是，从jdk1.2以后,Java提供了系统的集合框架，就将Vector改为实现List接口，从而导致Vector里有一些重复的方法，例如:addElement(Object obj)，实际上这个方法和add(Object obj)没什么区别。

Vector 的实现，就是在方法上都加上synchronized（即使get也不例外）。

/**
 * Appends the specified element to the end of this Vector.
 *
 * @param e element to be appended to this Vector
 * @return {@code true} (as specified by {@link Collection#add})
 * @since 1.2
 */
public synchronized boolean add(E e) {
    modCount++;
    ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
    elementData[elementCount++] = e;
    return true;
}

关于Vector为什么被弃用

所有方法都有同步开销，非多线程下，效率不如ArrayList；
一些老代码，导致有重复的方法，以及风格和新的集合类格格不入；
线程安全的实现，可以通过新的Collections.synchronizedList之类的调用来替换。

二、Collections.synchronizedList

使用collentions.synchronizedList（）方法为ArrayList加锁

三、CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList是1.5后引入，属于JUC的一部分。他基本的原理还是和ArrayList一样，涉及线程安全的部分，是通过写时复制的方式来实现（从名字中就可以看出）。它内部有个volatile数组来保持数据。在“添加/修改/删除”数据时，会先获取互斥锁，再新建一个数组，并将更新后的数据拷贝到新建的数组中，最后再将该数组赋值给volatile数组，然后再释放互斥锁。

因为通常需要复制整个基础数组，所以可变操作（add()、set() 和 remove() 等等）的开销很大。

四、性能比较

读操作各方式基本没有区别。
写时CopyOnWriteArrayList性能较差，且随着数据量的增大，几何级下跌。
CopyOnWriteArrayList，适用于以读为主，读操作远远大于写操作的场景中使用，比如缓存。
Collections.synchronizedList则可以用在CopyOnWriteArrayList不适用但是有需要同步的地方使用，比如读写操作都比较均匀的地方。