面试官问线程安全的List,看完再也不怕了!

最近在Java技术栈知识星球里面有球友问到了线程安全的 List:

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栈长在之前的文章《出场率比较高的一道多线程安全面试题》里面讲过 ArrayList 的不安全性。

那么面试官会问你,既然 ArrayList 是线程不安全的,怎么保证它的线程安全性呢?或者有什么替代方案?

往下看,看我如何碾压他!

大部分人会脱口而出:用Vector,这样只会让面试官鄙视!除了Vector,你还会别的吗?

你至少还得说得上这种:

java.util.Collections.SynchronizedList

它能把所有 List 接口的实现类转换成线程安全的List,比 Vector 有更好的扩展性和兼容性,SynchronizedList的构造方法如下:

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final List<E> list;

SynchronizedList(List<E> list) {
super(list);
this.list = list;
}

SynchronizedList的部分方法源码如下:

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public E get(int index) {
synchronized (mutex) {return list.get(index);}
}
public E set(int index, E element) {
synchronized (mutex) {return list.set(index, element);}
}
public void add(int index, E element) {
synchronized (mutex) {list.add(index, element);}
}
public E remove(int index) {
synchronized (mutex) {return list.remove(index);}
}

很可惜,它所有方法都是带同步对象锁的,和 Vector 一样,它不是性能最优的。即使你能说到这里,面试官还会继续往下追问,比如在读多写少的情况,SynchronizedList这种集合性能非常差,还有没有更合适的方案?

介绍两个并发包里面的并发集合类:

java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList
java.util.concurrent.CopyOnWriteArraySet

CopyOnWrite集合类也就这两个,Java 1.5 开始加入,你要能说得上这两个才能让面试官信服。

CopyOnWriteArrayList

CopyOnWrite(简称:COW):即复制再写入,就是在添加元素的时候,先把原 List 列表复制一份,再添加新的元素。

先来看下它的 add 方法源码:

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public boolean add(E e) {
// 加锁
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
// 获取原始集合
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;

// 复制一个新集合
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
newElements[len] = e;

// 替换原始集合为新集合
setArray(newElements);
return true;
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
}
}

添加元素时,先加锁,再进行复制替换操作,最后再释放锁。

再来看下它的 get 方法源码:

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private E get(Object[] a, int index) {
return (E) a[index];
}

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

可以看到,获取元素并没有加锁。

这样做的好处是,在高并发情况下,读取元素时就不用加锁,写数据时才加锁,大大提升了读取性能。

CopyOnWriteArraySet

CopyOnWriteArraySet逻辑就更简单了,就是使用 CopyOnWriteArrayList 的 addIfAbsent 方法来去重的,添加元素的时候判断对象是否已经存在,不存在才添加进集合。

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/**
* Appends the element, if not present.
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* @param e element to be added to this list, if absent
* @return {@code true} if the element was added
*/
public boolean addIfAbsent(E e) {
Object[] snapshot = getArray();
return indexOf(e, snapshot, 0, snapshot.length) >= 0 ? false :
addIfAbsent(e, snapshot);
}

这两种并发集合,虽然牛逼,但只适合于读多写少的情况,如果写多读少,使用这个就没意义了,因为每次写操作都要进行集合内存复制,性能开销很大,如果集合较大,很容易造成内存溢出。

总结

下次面试官问你线程安全的 List,你可以从 Vector > SynchronizedList > CopyOnWriteArrayList 这样的顺序依次说上来,这样才有带入感,也能体现你对知识点的掌握程度。

看完有没有收获呢?下次面试应该能秒杀面试官了吧!

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