Java?CopyOnWriteArrayList源碼超詳細(xì)分析
一、概述
CopyOnWriteArrayList是基于寫時復(fù)制技術(shù)實現(xiàn)的,適用于讀多寫少場景下的線程安全的并發(fā)容器。讀操作永遠(yuǎn)不會加鎖,讀讀、讀寫都不會沖突,只有寫寫需要等待。寫操作時,為了不影響其它線程的讀取,它會進行一次自我復(fù)制,待數(shù)據(jù)寫入完成后再替換array數(shù)組。array數(shù)組是被volatile修飾的,它被修改后可以被其他線程立刻發(fā)現(xiàn)。
public class copyOnwriteArrayList<E>
implements List<E>,RandomAccess,Cloneable,java.io.Serializable {
//加鎖: ReentrantLock
final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock( ) ;
// volatile:保證可見性
private transient volatile object[ ] array;
//獲取數(shù)組
final object[] getArray() ireturn array ;
}
//存入數(shù)組
final void setArray(object[ ] a) iarray = a;
}
//無參構(gòu)造方法:初始化數(shù)組,容量為日public CopyOnwriteArrayList( ) i
setArray( new object[e]);
}
//有參構(gòu)造方法:傳入集合
public CopyOnwriteArrayList(collection< ? extends E> c) {
object[] elements;
//判斷傳入的集合是否是CopyOnwriteArrayList類型if (c.getclass() == copyonwriteArrayList.class)
//獲取數(shù)組
elements = ((copyOnwriteArrayList<?>)c).getArray();else i
//將集合轉(zhuǎn)為數(shù)組
elements = c.toArray();
// c.toArray might (incorrectly) not return object[] (see 6260652)1/判斷數(shù)組是否是object[]
if (elements.getclass() i= object[].class)
//復(fù)制數(shù)組
elements = Arrays.copyof(elements,elements.length,object[ ].c1
}
setArray(elements) ;
}
setArray(elements ) ;
}二、類圖

- 實現(xiàn)了RandomAccess接口,代表它支持快速隨機訪問,因為它底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是數(shù)組,支持通過下標(biāo)快速訪問;
- 實現(xiàn)了Cloneable接口,代表它支持克隆,使用的是淺拷貝模式;
- 實現(xiàn)了List接口,代表它是一個有序的列表容器,支持迭代遍歷等操作。
三、核心方法
1.add()
向容器中添加元素時,需要競爭鎖,同一時刻最多只有一個線程可以操作。因為是寫時復(fù)制,寫入數(shù)據(jù)時不應(yīng)該影響其他線程的讀取,因此不會直接在array數(shù)組上操作,而是拷貝一個新的數(shù)組,元素設(shè)置完成后再覆蓋舊數(shù)組。
public boolean add(E e) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
// 拷貝一個長度+1的數(shù)組,將元素放到末尾
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
// 填充要追加的元素e
newElements[len] = e;
// 覆蓋舊數(shù)組
setArray(newElements);
return true;
} finally {
lock.unlock();
}
}2.set()
set方法用來給指定下標(biāo)設(shè)置值,同時會返回舊值。它也是一個寫入操作,因此也需要競爭到鎖才能執(zhí)行。為了不影響其它線程讀取,它會拷貝一個同樣長度的新數(shù)組,然后做數(shù)據(jù)拷貝,在新數(shù)組上完成新值的設(shè)置,最終再寫回array。
public E set(int index, E element) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
Object[] elements = getArray();
// 先獲取舊元素
E oldValue = get(elements, index);
if (oldValue != element) {
int len = elements.length;
// 拷貝一個一樣的數(shù)組,替換下標(biāo)元素,并寫入array
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len);
newElements[index] = element;
setArray(newElements);
} else {
// 即使元素沒有變化,也要寫入array,確保volatile的寫語義
// Not quite a no-op; ensures volatile write semantics
setArray(elements);
}
return oldValue;
} finally {
lock.unlock();
}
}3.remove()
remove也是寫操作,只有競爭到鎖的線程才能執(zhí)行。它先是取出對應(yīng)下標(biāo)的舊元素,然后新建了一個原數(shù)組長度減1的新數(shù)組,完成數(shù)據(jù)拷貝后,再寫回array,整個過程依然不影響其它線程讀。
public E remove(int index) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
// 要移除的舊元素
E oldValue = get(elements, index);
int numMoved = len - index - 1;
if (numMoved == 0)
// 刪除的是最后一個元素,直接拷貝一個長度-1的數(shù)組寫回array即可
setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
else {
// 刪除的是中間元素,拷貝一個長度-1的數(shù)組
Object[] newElements = new Object[len - 1];
// 拷貝前半段元素
System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
// 拷貝后半段元素
System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index,
numMoved);
// 寫回array
setArray(newElements);
}
return oldValue;
} finally {
lock.unlock();
}
}4.get()
通過下標(biāo)獲取元素,直接從array數(shù)組中取。因為是寫時復(fù)制的,可能在訪問時已經(jīng)有新的元素加入,或者有元素被刪除,這是會存在延遲的,不是實時的,這是它的一個缺點。
public E get(int index) {
// getArray()獲取的就是array
return get(getArray(), index);
}
private E get(Object[] a, int index) {
return (E) a[index];
}5.size()
獲取元素的數(shù)量直接取數(shù)組的長度即可。因為CopyOnWriteArrayList的數(shù)組是不可變數(shù)組,它始終是一個被填充滿的數(shù)組對象,沒有擴容的操作,因此也沒有必要像ArrayList一樣,額外使用一個int size來記錄數(shù)量。
public int size() {
return getArray().length;
}四、總結(jié)
CopyOnWriteArrayList 具有以下特性:
- 在保證并發(fā)讀取的前提下,確保了寫入時的線程安全;
- 由于每次寫入操作時,進行了Copy復(fù)制原數(shù)組,所以無需擴容;
- 適合讀多寫少的應(yīng)用場景。由于 add() 、 set() 、 remove() 等修改操作需要復(fù)制整 個數(shù)組,所以會有內(nèi)存開銷大的問題;
- CopyOnWriteArrayList 由于只在寫入時加鎖,所以只能保證數(shù)據(jù)的最終一致性,不能 保證數(shù)據(jù)的實時一致性。
到此這篇關(guān)于Java CopyOnWriteArrayList源碼超詳細(xì)分析的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java CopyOnWriteArrayList內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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