Java CopyOnWriteArrayList源码超详细分析
目录
- 一、概述
- 二、类图
- 三、核心方法
- 1.add()
- 2.set()
- 3.remove()
- 4.get()
- 5.size()
- 四、总结
一、概述
CopyOnWriteArrayList是基于写时复制技术实现的,适用于读多写少场景下的线程安全的并发容器。读操作永远不会加锁,读读、读写都不会冲突,只有写写需要等待。写操作时,为了不影响其它线程的读取,它会进行一次自我复制,待数据写入完成后再替换array数组。array数组是被volatile修饰的,它被修改后可以被其他线程立刻发现。
public class copyOnwriteArrayList<E> implements List<E>,RandomAccess,Cloneable,java.io.Serializable { //加锁: ReentrantLock final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock( ) ; // volatile:保证可见性 private transient volatile object[ ] array; //获取数组 final object[] getArray() ireturn array ; } //存入数组 final void setArray(object[ ] a) iarray = a; } //无参构造方法:初始化数组,容量为日public CopyOnwriteArrayList( ) i setArray( new object[e]); } //有参构造方法:传入集合 public CopyOnwriteArrayList(collection< ? extends E> c) { object[] elements; //判断传入的集合是否是CopyOnwriteArrayList类型if (c.getclass() == copyonwriteArrayList.class) //获取数组 elements = ((copyOnwriteArrayList<?>)c).getArray();else i //将集合转为数组 elements = c.toArray(); // c.toArray might (incorrectly) not return object[] (see 6260652)1/判断数组是否是object[] if (elements.getclass() i= object[].class) //复制数组 elements = Arrays.copyof(elements,elements.length,object[ ].c1 } setArray(elements) ; } setArray(elements ) ; }
二、类图
- 实现了RandomAccess接口,代表它支持快速随机访问,因为它底层数据结构是数组,支持通过下标快速访问;
- 实现了Cloneable接口,代表它支持克隆,使用的是浅拷贝模式;
- 实现了List接口,代表它是一个有序的列表容器,支持迭代遍历等操作。
三、核心方法
1.add()
向容器中添加元素时,需要竞争锁,同一时刻最多只有一个线程可以操作。因为是写时复制,写入数据时不应该影响其他线程的读取,因此不会直接在array数组上操作,而是拷贝一个新的数组,元素设置完成后再覆盖旧数组。
public boolean add(E e) { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock(); try { Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; // 拷贝一个长度+1的数组,将元素放到末尾 Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1); // 填充要追加的元素e newElements[len] = e; // 覆盖旧数组 setArray(newElements); return true; } finally { lock.unlock(); } }
2.set()
set方法用来给指定下标设置值,同时会返回旧值。它也是一个写入操作,因此也需要竞争到锁才能执行。为了不影响其它线程读取,它会拷贝一个同样长度的新数组,然后做数据拷贝,在新数组上完成新值的设置,最终再写回array。
public E set(int index, E element) { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock(); try { Object[] elements = getArray(); // 先获取旧元素 E oldValue = get(elements, index); if (oldValue != element) { int len = elements.length; // 拷贝一个一样的数组,替换下标元素,并写入array Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len); newElements[index] = element; setArray(newElements); } else { // 即使元素没有变化,也要写入array,确保volatile的写语义 // Not quite a no-op; ensures volatile write semantics setArray(elements); } return oldValue; } finally { lock.unlock(); } }
3.remove()
remove也是写操作,只有竞争到锁的线程才能执行。它先是取出对应下标的旧元素,然后新建了一个原数组长度减1的新数组,完成数据拷贝后,再写回array,整个过程依然不影响其它线程读。
public E remove(int index) { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock(); try { Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; // 要移除的旧元素 E oldValue = get(elements, index); int numMoved = len - index - 1; if (numMoved == 0) // 删除的是最后一个元素,直接拷贝一个长度-1的数组写回array即可 setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1)); else { // 删除的是中间元素,拷贝一个长度-1的数组 Object[] newElements = new Object[len - 1]; // 拷贝前半段元素 System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index); // 拷贝后半段元素 System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index, numMoved); // 写回array setArray(newElements); } return oldValue; } finally { lock.unlock(); } }
4.get()
通过下标获取元素,直接从array数组中取。因为是写时复制的,可能在访问时已经有新的元素加入,或者有元素被删除,这是会存在延迟的,不是实时的,这是它的一个缺点。
public E get(int index) { // getArray()获取的就是array return get(getArray(), index); } private E get(Object[] a, int index) { return (E) a[index]; }
5.size()
获取元素的数量直接取数组的长度即可。因为CopyOnWriteArrayList的数组是不可变数组,它始终是一个被填充满的数组对象,没有扩容的操作,因此也没有必要像ArrayList一样,额外使用一个int size
来记录数量。
public int size() { return getArray().length; }
四、总结
CopyOnWriteArrayList 具有以下特性:
- 在保证并发读取的前提下,确保了写入时的线程安全;
- 由于每次写入操作时,进行了Copy复制原数组,所以无需扩容;
- 适合读多写少的应用场景。由于 add() 、 set() 、 remove() 等修改操作需要复制整 个数组,所以会有内存开销大的问题;
- CopyOnWriteArrayList 由于只在写入时加锁,所以只能保证数据的最终一致性,不能 保证数据的实时一致性。
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