如何線程安全地遍歷List：Vector、CopyOnWriteArrayList

来源:http://www.cnblogs.com/wucao/archive/2016/04/03/5350461.html
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遍歷List的多種方式 在講如何線程安全地遍歷List之前，先看看通常我們遍歷一個List會採用哪些方式。 方式一： 方式二： 方式三： 方式四（Java 8）： 方式五（Java 8 Lambda）： 首先，方式一的遍歷方法是一種非常不建議使用的方式，特別是對於LinkedList。LinkedL ...


遍歷List的多種方式

在講如何線程安全地遍歷List之前，先看看通常我們遍歷一個List會採用哪些方式。

方式一：

for(int i = 0; i < list.size(); i++) {
    System.out.println(list.get(i));
}

方式二：

Iterator iterator = list.iterator();
while(iterator.hasNext()) {
    System.out.println(iterator.next());
}

方式三：

for(Object item : list) {
    System.out.println(item);
}

方式四（Java 8）：

list.forEach(new Consumer<Object>() {
    @Override
    public void accept(Object item) {
        System.out.println(item);
    }
});

方式五（Java 8 Lambda）：

list.forEach(item -> {
    System.out.println(item);
});

首先，方式一的遍歷方法是一種非常不建議使用的方式，特別是對於LinkedList。LinkedList是基於鏈表實現的，通過list.get(i)獲取元素的性能差，所以方式一是性能很差的一種遍歷方式。本文接下來的內容不再討論這種方式的遍歷。

方式二和方式三兩種方式的本質是一樣的，都是通過Iterator迭代器來實現的遍歷，方式三可以看作是方式二的簡化形式。

方式四和方式五本質也是一樣的，都是使用Java 8新增的forEach方法來遍歷。方式五是方式四的一種簡化形式，使用了Lambda表達式。

遍歷List的同時操作List會發生什麼？

先用非線程安全的ArrayList做個試驗，用一個線程遍歷List，遍歷的同時另一個線程刪除List中的一個元素，代碼如下：

public static void main(String[] args) {

    // 初始化一個list，放入5個元素
    final List<Integer> list = new ArrayList<>();
    for(int i = 0; i < 5; i++) {
        list.add(i);
    }

    // 線程一：通過Iterator遍歷List
    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            for(int item : list) {
                System.out.println("遍歷元素：" + item);
                // 由於程式跑的太快，這裡sleep了1秒來調慢程式的運行速度
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }).start();

    // 線程二：remove一個元素
    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            // 由於程式跑的太快，這裡sleep了1秒來調慢程式的運行速度
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            list.remove(4);
            System.out.println("list.remove(4)");
        }
    }).start();
}

運行結果： 

遍歷元素：0 
遍歷元素：1 
list.remove(4) 
Exception in thread “Thread-0” java.util.ConcurrentModificationException

線程一在遍歷到第二個元素時，線程二刪除了一個元素，此時程式出現異常：ConcurrentModificationException。

試想如果一個老師正在點整個班級所有學生的人數（線程一遍歷List），而校長（線程二）同時叫走幾個學生，那麼老師也肯定點不下去了。

所以我們會想到一個解決方案，那就是校長等待老師點完學生後，再叫走學生。即讓線程二等待線程一的遍歷完成後再進行remove元素。

使用線程安全的Vector

ArrayList是非線程安全的，Vector是線程安全的，那麼把ArrayList換成Vector是不是就可以線程安全地遍歷了？

將程式中的：

final List<Integer> list = new ArrayList<>();

改成：

final List<Integer> list = new Vector<>();

再運行一次試試，會發現結果和ArrayList一樣會拋出ConcurrentModificationException異常。

為什麼線程安全的Vector也不能線程安全地遍歷呢？其實道理也很簡單，看Vector源碼可以發現它的很多方法都加上了synchronized來進行線程同步，例如add()、remove()、set()、get()，但是Vector內部的synchronized方法無法控制到遍歷操作，所以即使是線程安全的Vector也無法做到線程安全地遍歷。

如果想要線程安全地遍歷Vector，需要我們去手動在遍歷時給Vector加上synchronized鎖，防止遍歷的同時進行remove操作。相當於校長等待老師點完學生後，再叫走學生。代碼如下：

public static void main(String[] args) {

    // 初始化一個list，放入5個元素
    final List<Integer> list = new Vector<>();
    for(int i = 0; i < 5; i++) {
        list.add(i);
    }

    // 線程一：通過Iterator遍歷List
    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            // synchronized來鎖住list，remove操作會在遍歷完成釋放鎖後進行
            synchronized (list) {
                for(int item : list) {
                    System.out.println("遍歷元素：" + item);
                    // 由於程式跑的太快，這裡sleep了1秒來調慢程式的運行速度
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }
    }).start();

    // 線程二：remove一個元素
    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            // 由於程式跑的太快，這裡sleep了1秒來調慢程式的運行速度
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            list.remove(4);
            System.out.println("list.remove(4)");
        }
    }).start();
}

運行結果：

遍歷元素：0 
遍歷元素：1 
遍歷元素：2 
遍歷元素：3 
遍歷元素：4 
list.remove(4)

運行結果顯示list.remove(4)的操作是等待遍歷完成後再進行的。

CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList是java.util.concurrent包中的一個List的實現類。CopyOnWrite的意思是在寫時拷貝，也就是如果需要對CopyOnWriteArrayList的內容進行改變，首先會拷貝一份新的List並且在新的List上進行修改，最後將原List的引用指向新的List。

使用CopyOnWriteArrayList可以線程安全地遍歷，因為如果另外一個線程在遍歷的時候修改List的話，實際上會拷貝出一個新的List上修改，而不影響當前正在被遍歷的List。

相當於校長要想從班級喊走或者添加學生，需要把學生全部帶到一個新的教室再進行操作，而老師則通過之前班級的快照在照片上清點學生。

public static void main(String[] args) {

    // 初始化一個list，放入5個元素
    final List<Integer> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
    for(int i = 0; i < 5; i++) {
        list.add(i);
    }

    // 線程一：通過Iterator遍歷List
    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            for(int item : list) {
                System.out.println("遍歷元素：" + item);
                // 由於程式跑的太快，這裡sleep了1秒來調慢程式的運行速度
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }).start();

    // 線程二：remove一個元素
    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            // 由於程式跑的太快，這裡sleep了1秒來調慢程式的運行速度
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            list.remove(4);
            System.out.println("list.remove(4)");
        }
    }).start();
}

運行結果：

遍歷元素：0 
遍歷元素：1 
list.remove(4) 
遍歷元素：2 
遍歷元素：3 
遍歷元素：4

從上面的運行結果可以看出，雖然list.remove(4)已經移除了一個元素，但是遍歷的結果還是存在這個元素。由此可以看出被遍歷的和remove的是兩個不同的List。

線程安全的List.forEach

List.forEach方法是Java 8新增的一個方法，主要目的還是用於讓List來支持Java 8的新特性：Lambda表達式。

由於forEach方法是List的一個方法，所以不同於在List外遍歷List，forEach方法相當於List自身遍歷的方法，所以它可以自由控制是否線程安全。

我們看線程安全的Vector的forEach方法源碼：

public synchronized void forEach(Consumer<? super E> action) {
    ...
}

可以看到Vector的forEach方法上加了synchronized來控制線程安全的遍歷，也就是Vector的forEach方法可以線程安全地遍歷。

下麵可以測試一下：

public static void main(String[] args) {

    // 初始化一個list，放入5個元素
    final List<Integer> list = new Vector<>();
    for(int i = 0; i < 5; i++) {
        list.add(i);
    }

    // 線程一：通過Iterator遍歷List
    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            list.forEach(item -> {
                System.out.println("遍歷元素：" + item);
                // 由於程式跑的太快，這裡sleep了1秒來調慢程式的運行速度
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
        }
    }).start();

    // 線程二：remove一個元素
    new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            // 由於程式跑的太快，這裡sleep了1秒來調慢程式的運行速度
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            list.remove(4);
            System.out.println("list.remove(4)");
        }
    }).start();
}

運行結果： 

遍歷元素：0 
遍歷元素：1 
遍歷元素：2 
遍歷元素：3 
遍歷元素：4 
list.remove(4)

轉載請註明原文地址：http://xxgblog.com/2016/04/02/traverse-list-thread-safe/


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