CopyOnWriteArrayList源码阅读笔记

编程之家收集整理的这篇文章主要介绍了CopyOnWriteArrayList源码阅读笔记编程之家小编觉得挺不错的,现在分享给大家,也给大家做个参考。

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简介

ArrayList是开发中使用比较多的集合,它不是线程安全的,CopyOnWriteArrayList就是线程安全版本的ArrayList。CopyOnWriteArrayList同样是通过数组实现,这个类的名字叫“CopyOnWrite ”,它是在写入的时候拷贝数组,对副本进行操作。


原理

CopyOnWriteArrayList采用了一种读写分离的并发策略。CopyOnWriteArrayList容器允许并发读,读操作是无锁的,性能较高。至于写操作,比如向容器中添加一个元素,则首先将当前容器复制一份,然后在新副本上执行写操作,结束之后再将原容器的引用指向新容器。示意图如下:

在这里插入图片描述



继承体系

在这里插入图片描述


通过类图,可以看到CopyOnWriteArrayList的继承体系·:

  • 实现了List,RandomAccess,Cloneable,java.io.Serializable等接口。

  • 实现了List,提供了基础的添加删除、遍历等操作。

  • 实现了RandomAccess,提供了随机访问的能力。

  • 实现了Cloneable,可以被克隆。

  • 实现了Serializable,可以被序列化。


源码分析

属性

    //可重入锁,保证线程安全
    final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    
    //存放数据元素的数组,只能通过get/set方法访问
    private transient volatile Object[] array;

    final Object[] getArray() {
        return array;
    }
    
    final void setArray(Object[] a) {
        array = a;
    }
  • lock:用于修改时加锁,使用transient修饰表示不自动序列化。
  • array:被使用volatile修饰表示一个线程对这个字段的修改另外一个线程立即可见。

构造方法

  • 无参构造方法:创建一个空数组
public CopyOnWriteArrayList() {
        setArray(new Object[0]);
 }
  • 有参构造方法,参数为集合
    public CopyOnWriteArrayList(Collection<? extends E> c) {
        Object[] elements;
         // 如果c也是CopyOnWriteArrayList类型
        // 那么直接把它的数组拿过来使用
        if (c.getClass() == CopyOnWriteArrayList.class)
            elements = ((CopyOnWriteArrayList<?>)c).getArray();
        else {
           //否则,先转换为数组
            elements = c.toArray();
            // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
           //  检查c.toArray()返回的是不是Object[]类型,如果不是,重新拷贝成Object[].class类型
            if (elements.getClass() != Object[].class)
                elements = Arrays.copyOf(elements,elements.length,Object[].class);
        }
        setArray(elements);
    }
  • 有参构造方法,参数为数组
    //把toCopyIn的元素拷贝给当前list的数组。
    public CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn) {
        setArray(Arrays.copyOf(toCopyIn,toCopyIn.length,Object[].class));
    }

add(E e)

添加一个元素到末尾

    public boolean add(E e) {
        //获取锁
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        //加锁
        lock.lock();
        try {
           //旧数组
            Object[] elements = getArray();
            //获取旧数组长度
            int len = elements.length;
            //拷贝旧数组的值到新数组
            Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements,len + 1);
            //将插入的元素放到最后
            newElements[len] = e;
            //存放元素数组置为新数组 
            setArray(newElements);
            return true;
        } finally {
            //释放锁
            lock.unlock();
        }
    }

add(int index,E element)

在指定位置插入数组

 public void add(int index,E element) {
        //获取锁
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        //加锁
        lock.lock();
        try {
           //旧数组
            Object[] elements = getArray();
            int len = elements.length;
            //判断下标是否越界
            if (index > len || index < 0)
                throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+
                                                    ",Size: "+len);
            //新数组                                        
            Object[] newElements;
            int numMoved = len - index;
            if (numMoved == 0)
            // 如果插入的位置是最后一位
            // 那么拷贝一个n+1的数组,其前n个元素与旧数组一致
                newElements = Arrays.copyOf(elements,len + 1);
            else {
                // 如果插入的位置不是最后一位
               // 那么新建一个n+1的数组
                newElements = new Object[len + 1];
                //拷贝旧数组[0,……index-1]下标的元素
                System.arraycopy(elements,newElements,index);
                //拷贝旧数组的其余元素到新数组[index+1,……length+1],刚好空出了index下标位置
                System.arraycopy(elements,index,index + 1,numMoved);
            }
            //将插入的元素放到index下标位置
            newElements[index] = element;
            //给array赋值
            setArray(newElements);
        } finally {
           //释放锁
            lock.unlock();
        }
    }

写入操作:

  • 在上面添加元素的操作中,都进行了加锁的操作
  • 拷贝一个新数组,长度等于原数组长度加1,并把原数组元素拷贝到新数组中
  • 把新数组赋值给当前对象的array属性,覆盖原数组

remove(int index)

根据下标位置移除数据元素:

    public E remove(int index) {
        //获取锁
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        //加锁 
        lock.lock();
        try {
           //旧数组
            Object[] elements = getArray();
            int len = elements.length;
            E oldValue = get(elements,index);
            int numMoved = len - index - 1;
            if (numMoved == 0)
            // 如果移除的是最后一位
            // 那么直接拷贝一份n-1的新数组,最后一位就自动删除了
                setArray(Arrays.copyOf(elements,len - 1));
            else {
              // 如果移除的不是最后一位
             // 那么新建一个n-1的新数组
                Object[] newElements = new Object[len - 1];
                // 将前index个元素拷贝到新数组中
                System.arraycopy(elements,index);
                // 将index后面(不包含)的元素往前挪一位
               // 这样正好把index位置覆盖掉了,相当于删除了
                System.arraycopy(elements,numMoved);
                setArray(newElements);
            }
            return oldValue;
        } finally {
            //释放锁
            lock.unlock();
        }
    }

删除操作:删除操作同理,将除要删除元素之外的其他元素拷贝到新副本中,然后切换引用,将原容器引用指向新副本。同属写操作,需要加锁。


get(int index)

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

获取操作:获取操作属于读操作,直接通过数组下标获取数据元素,没有加锁,所以保证了性能


size()

    public int size() {
       //返回数组长度
        return getArray().length;
    }

和ArrayList不同,查看ArrayList源码阅读笔记,可以发现ArrayList中是有size属性的,这是因为ArrayList数组的长度实际是要大于集合的大小的。CopyOnWriteArrayList每次修改都是拷贝一份正好可以存储目标个数元素的数组,所以不需要size属性,直接返回数组长度即可。


总结

  • CopyOnWriteArrayList使用ReentrantLock重入锁加锁,保证线程安全;

  • CopyOnWriteArrayList的写操作都要先拷贝一份新数组,在新数组中做修改修改完了再用新数组替换老数组,所以空间复杂度是O(n),性能相对低下;

  • CopyOnWriteArrayList的读操作支持随机访问,时间复杂度为O(1);

  • CopyOnWriteArrayList采用读写分离的思想,读操作不加锁,写操作加锁,且写操作占用较大内存空间,所以适用于读多写少的场合;

  • CopyOnWriteArrayList只保证最终一致性,不保证实时一致性;




@H_301_188@纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行。



参考:

【1】:【死磕 Java 集合】— CopyOnWriteArrayList源码分析
【2】:CopyOnWriteArrayList实现原理及源码分析

总结

以上是编程之家为你收集整理的CopyOnWriteArrayList源码阅读笔记全部内容,希望文章能够帮你解决CopyOnWriteArrayList源码阅读笔记所遇到的程序开发问题。

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