java中CopyOnWriteArrayList源碼解析
簡(jiǎn)介
CopyOnWriteArrayList是ArrayList的線程安全版本,內(nèi)部也是通過(guò)數(shù)組實(shí)現(xiàn),每次對(duì)數(shù)組的修改都完全拷貝一份新的數(shù)組來(lái)修改,修改完了再替換掉老數(shù)組,這樣保證了只阻塞寫(xiě)操作,不阻塞讀操作,實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě)分離。
繼承體系
public class CopyOnWriteArrayList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{...}- CopyOnWriteArrayList實(shí)現(xiàn)了List,RandomAccess,Cloneable,java.io.Serializable等接口。
- CopyOnWriteArrayList實(shí)現(xiàn)了List,提供了基礎(chǔ)的添加、刪除、遍歷等操作。
- CopyOnWriteArrayList實(shí)現(xiàn)了RandomAccess,提供了隨機(jī)訪問(wèn)的能力。
- CopyOnWriteArrayList實(shí)現(xiàn)了Cloneable,可以被克隆。
- CopyOnWriteArrayList實(shí)現(xiàn)了Serializable,可以被序列化。
源碼解析
屬性
/** 用于修改時(shí)加鎖 */ final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); /** 真正存儲(chǔ)元素的地方,只能通過(guò)getArray()/setArray()訪問(wèn) */ private transient volatile Object[] array;
- lock:修改時(shí)加鎖,使用transient修飾表示不自動(dòng)序列化。
- array:存儲(chǔ)元素的地方,使用transient修飾表示不自動(dòng)序列化,使用volatile修飾表示一個(gè)線程對(duì)這個(gè)字段的修改另外一個(gè)線程立即可見(jiàn)。
構(gòu)造方法
創(chuàng)建空數(shù)組。
public CopyOnWriteArrayList() {
// 所有對(duì)array的操作都是通過(guò)setArray()和getArray()進(jìn)行
setArray(new Object[0]);
}
final void setArray(Object[] a) {
array = a;
}public CopyOnWriteArrayList(Collection<? extends E> c) {
Object[] elements;
if (c.getClass() == CopyOnWriteArrayList.class)
// 如果c也是CopyOnWriteArrayList類(lèi)型
// 那么直接把它的數(shù)組拿過(guò)來(lái)使用
elements = ((CopyOnWriteArrayList<?>)c).getArray();
else {
// 否則調(diào)用其toArray()方法將集合元素轉(zhuǎn)化為數(shù)組
elements = c.toArray();
// 這里c.toArray()返回的不一定是Object[]類(lèi)型
// 詳細(xì)原因見(jiàn)ArrayList里面的分析
if (elements.getClass() != Object[].class)
elements = Arrays.copyOf(elements, elements.length, Object[].class);
}
setArray(elements);
}- 如果 c 是CopyOnWriteArrayList類(lèi)型,直接把它的數(shù)組賦值給當(dāng)前l(fā)ist的數(shù)組,注意這里是淺拷貝,兩個(gè)集合共用同一個(gè)數(shù)組。
- 如果 c 不是CopyOnWriteArrayList類(lèi)型,則進(jìn)行拷貝把c的元素全部拷貝到當(dāng)前l(fā)ist的數(shù)組中。
public CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn) {
setArray(Arrays.copyOf(toCopyIn, toCopyIn.length, Object[].class));
}- 把toCopyIn的元素拷貝給當(dāng)前l(fā)ist的數(shù)組。
add(E e)方法
添加一個(gè)元素到末尾。
public boolean add(E e) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
// 加鎖
lock.lock();
try {
// 獲取舊數(shù)組
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
// 將舊數(shù)組元素拷貝到新數(shù)組中
// 新數(shù)組大小是舊數(shù)組大小加1
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
// 將元素放在最后一位
newElements[len] = e;
setArray(newElements);
return true;
} finally {
// 釋放鎖
lock.unlock();
}
}- 加鎖;
- 獲取元素?cái)?shù)組;
- 新建一個(gè)數(shù)組,大小為原數(shù)組長(zhǎng)度加1,并把原數(shù)組元素拷貝到新數(shù)組;
- 把新添加的元素放到新數(shù)組的末尾;
- 把新數(shù)組賦值給當(dāng)前對(duì)象的array屬性,覆蓋原數(shù)組;
- 解鎖。
add(int index, E element)方法
添加一個(gè)元素在指定索引處。
public void add(int index, E element) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
// 加鎖
lock.lock();
try {
// 獲取舊數(shù)組
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
// 檢查是否越界, 可以等于len
if (index > len || index < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+
", Size: "+len);
Object[] newElements;
int numMoved = len - index;
if (numMoved == 0)
// 如果插入的位置是最后一位
// 那么拷貝一個(gè)n+1的數(shù)組, 其前n個(gè)元素與舊數(shù)組一致
newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
else {
// 如果插入的位置不是最后一位
// 那么新建一個(gè)n+1的數(shù)組
newElements = new Object[len + 1];
// 拷貝舊數(shù)組前index的元素到新數(shù)組中
System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
// 將index及其之后的元素往后挪一位拷貝到新數(shù)組中
// 這樣正好index位置是空出來(lái)的
System.arraycopy(elements, index, newElements, index + 1,
numMoved);
}
// 將元素放置在index處
newElements[index] = element;
setArray(newElements);
} finally {
// 釋放鎖
lock.unlock();
}
}- 加鎖;
- 檢查索引是否合法,如果不合法拋出
IndexOutOfBoundsException異常,注意這里 index 等于 len 也是合法的; - 如果索引等于數(shù)組長(zhǎng)度(也就是數(shù)組最后一位再加1),那就拷貝一個(gè)
len+1的數(shù)組; - 如果索引不等于數(shù)組長(zhǎng)度,那就新建一個(gè)
len+1的數(shù)組,并按索引位置分成兩部分,索引之前(不包含)的部分拷貝到新數(shù)組索引之前(不包含)的部分,索引之后(包含)的位置拷貝到新數(shù)組索引之后(不包含)的位置,索引所在位置留空; - 把索引位置賦值為待添加的元素;
- 把新數(shù)組賦值給當(dāng)前對(duì)象的array屬性,覆蓋原數(shù)組;
- 解鎖;
addIfAbsent(E e)方法
添加一個(gè)元素如果這個(gè)元素不存在于集合中。
public boolean addIfAbsent(E e) {
// 獲取元素?cái)?shù)組, 取名為快照
Object[] snapshot = getArray();
// 檢查如果元素不存在,直接返回false
// 如果存在再調(diào)用addIfAbsent()方法添加元素
return indexOf(e, snapshot, 0, snapshot.length) >= 0 ? false :
addIfAbsent(e, snapshot);
}
private boolean addIfAbsent(E e, Object[] snapshot) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
// 加鎖
lock.lock();
try {
// 重新獲取舊數(shù)組
Object[] current = getArray();
int len = current.length;
// 如果快照與剛獲取的數(shù)組不一致
// 說(shuō)明有修改
if (snapshot != current) {
// 重新檢查元素是否在剛獲取的數(shù)組里
int common = Math.min(snapshot.length, len);
for (int i = 0; i < common; i++)
// 到這個(gè)方法里面了, 說(shuō)明元素不在快照里面
if (current[i] != snapshot[i] && eq(e, current[i]))
return false;
if (indexOf(e, current, common, len) >= 0)
return false;
}
// 拷貝一份n+1的數(shù)組
Object[] newElements = Arrays.copyOf(current, len + 1);
// 將元素放在最后一位
newElements[len] = e;
setArray(newElements);
return true;
} finally {
// 釋放鎖
lock.unlock();
}
}- 檢查這個(gè)元素是否存在于數(shù)組快照中;
- 如果存在直接返回 false,如果不存在調(diào)用
addIfAbsent(E e, Object[] snapshot)處理; - 加鎖;
- 如果當(dāng)前數(shù)組不等于傳入的快照,說(shuō)明有修改,檢查待添加的元素是否存在于當(dāng)前數(shù)組中,如果存在直接返回false;
- 拷貝一個(gè)新數(shù)組,長(zhǎng)度等于原數(shù)組長(zhǎng)度加1,并把原數(shù)組元素拷貝到新數(shù)組中;
- 把新元素添加到數(shù)組最后一位;
- 把新數(shù)組賦值給當(dāng)前對(duì)象的array屬性,覆蓋原數(shù)組;
- 解鎖;
get(int index)
獲取指定索引的元素,支持隨機(jī)訪問(wèn),時(shí)間復(fù)雜度為O(1)。
public E get(int index) {
// 獲取元素不需要加鎖
// 直接返回index位置的元素
// 這里是沒(méi)有做越界檢查的, 因?yàn)閿?shù)組本身會(huì)做越界檢查
return get(getArray(), index);
}
final Object[] getArray() {
return array;
}
private E get(Object[] a, int index) {
return (E) a[index];
}- 獲取元素?cái)?shù)組;
- 返回?cái)?shù)組指定索引位置的元素;
remove(int index)方法
刪除指定索引位置的元素。
public E remove(int index) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
// 加鎖
lock.lock();
try {
// 獲取舊數(shù)組
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
// 那么直接拷貝一份n-1的新數(shù)組, 最后一位就自動(dòng)刪除了
setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
else {
// 如果移除的不是最后一位
// 那么新建一個(gè)n-1的新數(shù)組
Object[] newElements = new Object[len - 1];
// 將前index的元素拷貝到新數(shù)組中
System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
// 將index后面(不包含)的元素往前挪一位
// 這樣正好把index位置覆蓋掉了, 相當(dāng)于刪除了
System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index,
numMoved);
setArray(newElements);
}
return oldValue;
} finally {
// 釋放鎖
lock.unlock();
}
}- 加鎖;
- 獲取指定索引位置元素的舊值;
- 如果移除的是最后一位元素,則把原數(shù)組的前l(fā)en-1個(gè)元素拷貝到新數(shù)組中,并把新數(shù)組賦值給當(dāng)前對(duì)象的數(shù)組屬性;
- 如果移除的不是最后一位元素,則新建一個(gè)len-1長(zhǎng)度的數(shù)組,并把原數(shù)組除了指定索引位置的元素全部拷貝到新數(shù)組中,并把新數(shù)組賦值給當(dāng)前對(duì)象的數(shù)組屬性;
- 解鎖并返回舊值;
size()方法
返回?cái)?shù)組的長(zhǎng)度。
public int size() {
// 獲取元素個(gè)數(shù)不需要加鎖
// 直接返回?cái)?shù)組的長(zhǎng)度
return getArray().length;
}提問(wèn)
為什么CopyOnWriteArrayList沒(méi)有size屬性?
因?yàn)槊看涡薷亩际强截愐环菡每梢源鎯?chǔ)目標(biāo)個(gè)數(shù)元素的數(shù)組,所以不需要size屬性了,數(shù)組的長(zhǎng)度就是集合的大小,而不像ArrayList數(shù)組的長(zhǎng)度實(shí)際是要大于集合的大小的。比如,add(E e)操作,先拷貝一份n+1個(gè)元素的數(shù)組,再把新元素放到新數(shù)組的最后一位,這時(shí)新數(shù)組的長(zhǎng)度為len+1了,也就是集合的size了。
總結(jié)
- CopyOnWriteArrayList使用
ReentrantLock重入鎖加鎖,保證線程安全; - CopyOnWriteArrayList的寫(xiě)操作都要先拷貝一份新數(shù)組,在新數(shù)組中做修改,修改完了再用新數(shù)組替換老數(shù)組,所以空間復(fù)雜度是O(n),性能比較低下;
- CopyOnWriteArrayList的讀操作支持隨機(jī)訪問(wèn),時(shí)間復(fù)雜度為O(1);
- CopyOnWriteArrayList采用讀寫(xiě)分離的思想,讀操作不加鎖,寫(xiě)操作加鎖,且寫(xiě)操作占用較大內(nèi)存空間,所以適用于讀多寫(xiě)少的場(chǎng)合;
- CopyOnWriteArrayList只保證最終一致性,不保證實(shí)時(shí)一致性。
到此這篇關(guān)于java中CopyOnWriteArrayList源碼解析的文章就介紹到這了,更多相關(guān)java中CopyOnWriteArrayList內(nèi)容請(qǐng)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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