1 從CopyOnWriteArrayList談等效不可變物件在原始碼中的應用

CopyOnWriteArrayList的原始碼中應用了等效不可變物件。使得集合在遍歷操作的時候，不用加鎖也能保證執行緒安全。

1.1 CopyOnWriteArrayList Source Code

    public class CopyOnWriteArrayList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{
            private static final long serialVersionUID = ... ;
            
            final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
            
            private transient volatile Object[] array;
            
            final Object[] getArray() {return array;}

            final void setArray(Object[] a) {array = a;}
        }
 

可以看到CopyOnWriteArrayList原始碼中，維護了一個array物件陣列，用於儲存集合中每一個元素，並且這個array陣列，只能夠通過get和set方法來訪問。

    // 遍歷CopyOnWriteArrayList方法
    public Iterator<E> iterator(){
        return new COWIterator<E>(getArray(), 0);
    }

    // 新增一個元素的方法
    public boolean add(E e){
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try{
            Object[] elements = getArray();
            int len = elements.length;
            Object[] newElements = Arrays.copyOf(elementes, len + 1);
            newElements[len] = e;
            setArray(newElements);
            return true;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
 

增加元素的步驟：

1. elements = 當前陣列
2. len = 當前陣列長度
3. 新建一個 newElements，把elements複製進去，並且長度增加1
4. 把增加的元素放在newElements最後
5. 調取setArray方法，將newElements陣列更新舊的陣列。
6. 返回true，解鎖。

1.2 分析關鍵點

• array被建立後，不會被修改。包括長度和內容。
• 增刪時，先整體複製array到newElements中，在新的陣列中做好操作，直接整體替換舊陣列。
• 在操作新陣列時，舊陣列內的數值至始至終不改變。

例項Array本質上就是一個數組，陣列內的元素是物件，每個物件的內部狀態可以發生替換，因此這並非是嚴格的不可變物件，所以稱之為等效不可變物件

1.3 繼續說明

下面演示上述所謂的非嚴格的不可變物件的情況

    public static void main(String[] args){
        List<Message> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
        Message message = new Message();
        message.setMsg("aaa");
        list.add(message);
        message.setMsg("bbb");
    }

照理來說，放在CopeOnWriteArrayList中的東西應該不能動，除非整個替換。但是我們可以通過呼叫存在陣列中的物件的set方法，修改了物件數值。

這就是不嚴格的不可變物件。 稱之為：等效不可變物件

1.4 精髓

這個陣列是寫時複製，也就是當要更新陣列內容時，先複製一個副本，在副本上做修改，然後用副本替換原本。

寫時複製的意義在於，當讀多寫少的場景時，通過這個機制，大量的讀請求在無需加鎖犧牲效能的情況下，保證多執行緒的併發讀寫安全。

這個陣列的弱點在於：弱一致性

因為任何執行緒從原理上，只不過是獲得了一個數組備份的副本而已，當原本陣列發生改變時，這種改變，並不會體現在副本上。

1.5 實際應用 in MySQL Driver

在mysql driver中，有一個registerDriver方法，該方法用來儲存不同的資料庫驅動的。

原始碼省略。

無論有多少個數據庫模型，資料庫的驅動程式一般都是在程式啟動的時候載入的。也就是說，registerDriver方法，一般來說都是在程式啟動的時候進行呼叫的，在程式執行的過程中，一般不會呼叫這個方法，所以非常適合這個List