詳解CopyOnWriteArrayList是如何保證線程安全

更新時間：2022年09月15日 16:11:54 作者：沉迷學(xué)習(xí)的小伙

這篇文章主要為大家介紹了CopyOnWriteArrayList是如何保證線程安全講解，有需要的朋友可以借鑒參考下，希望能夠有所幫助，祝大家多多進(jìn)步，早日升職加薪

一：前言

在我們需要保證線程安全的時候，如果使用到Map，那么我們可以使用線程安全的ConcurrentHashMap，ConcurrentHashMap不僅可以保證線程安全，而且效率也非常不錯，那有沒有線程安全的List呢？

答案是有，那就是CopyOnWriteArrayList。今天我們就一起來了解一下CopyOnWriteArrayList，看它是如何巧妙的保證線程安全的吧。

二：成員變量分析

    //進(jìn)行修改操作時的鎖
    final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    //真正保存數(shù)據(jù)的數(shù)組 用volatile關(guān)鍵字進(jìn)行修飾，保證array的引用的可見性
    private transient volatile Object[] array;

三：源碼分析

首先我們看構(gòu)造方法，CopyOnWriteArrayList有三個構(gòu)造方法。

1.空參構(gòu)造

調(diào)用setArray方法將成員變量array賦值為一個長度為0的數(shù)組。

public CopyOnWriteArrayList() {
        setArray(new Object[0]);
    }

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

2.傳入一個Collection對象的構(gòu)造方法

首先判斷Collection是否是一個CopyOnWriteArrayList，如果是，直接將傳入的CopyOnWriteArrayList的elements重新賦值給需要創(chuàng)建的CopyOnWriteArrayList。

如果不是，判斷Collection是否是ArrayList，如果是，那么就利用toArray()方法將其轉(zhuǎn)化為一個數(shù)組并賦值給成員變量array，否則將Collection里面的元素全部取出來copy到一個新數(shù)組中，并且將該數(shù)組賦值給成員變量array。

    public CopyOnWriteArrayList(Collection&lt;? extends E&gt; c) {
        Object[] elements;
        if (c.getClass() == CopyOnWriteArrayList.class)
            elements = ((CopyOnWriteArrayList&lt;?&gt;)c).getArray();
        else {
            elements = c.toArray();
            if (c.getClass() != ArrayList.class)
                elements = Arrays.copyOf(elements, elements.length, Object[].class);
        }
        setArray(elements);
    }

3.傳入一個數(shù)組的構(gòu)造方法

將傳入的數(shù)組的元素copy到一個新的Object數(shù)組，并且賦值給成員變量array。

    public CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn) {
        setArray(Arrays.copyOf(toCopyIn, toCopyIn.length, Object[].class));
    }

接下來我們看核心的add(),remove(),get()方法。

add(E e)

首先加鎖，然后通過Arrays.copyOf()方法將元素copy到一個新的數(shù)組中，新的數(shù)組的長度為原數(shù)組的長度+1，并且將需要加入的元素賦值到新數(shù)組的最后。最后將新數(shù)組賦值給成員變量array。

public boolean add(E e) {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            Object[] elements = getArray();
            int len = elements.length;
            Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
            newElements[len] = e;
            setArray(newElements);
            return true;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

add(int index, E element)

add(int index, E element)方法需要將元素加入到指定的索引位置中。首先也是先加鎖，保證線程安全，將原數(shù)組分為兩段進(jìn)行操作，根據(jù)index進(jìn)行分隔，分別copy index之前的元素和之后的元素，copy完成之后在將需要插入的元素設(shè)置到索引為index的位置上。之后將新數(shù)組賦值給成員變量array。

public void add(int index, E element) {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            Object[] elements = getArray();
            int len = elements.length;
            if (index > len || index < 0)
                throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+
                                                    ", Size: "+len);
            Object[] newElements;
            int numMoved = len - index;
            if (numMoved == 0)
                newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
            else {
                newElements = new Object[len + 1];
                System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
                System.arraycopy(elements, index, newElements, index + 1,
                                 numMoved);
            }
            newElements[index] = element;
            setArray(newElements);
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

接下來看remove()方法。

remove(int index)

remove(int index)方法需要在數(shù)組中移除指定索引的值。首先是加鎖，同樣也是將原數(shù)組分為兩段進(jìn)行操作，根據(jù)index進(jìn)行分隔，分別copy index之前的元素和之后的元素，copy到一個新數(shù)組中，新數(shù)組的長度為原數(shù)組的長度減一（注意這里是沒有copy index索引位置的值的，所以相當(dāng)于移除了index索引上的值）。之后將新數(shù)組賦值給成員變量array。

    public E remove(int index) {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            Object[] elements = getArray();
            int len = elements.length;
            E oldValue = get(elements, index);
            int numMoved = len - index - 1;
            if (numMoved == 0)
                setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
            else {
                Object[] newElements = new Object[len - 1];
                System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
                System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index,
                                 numMoved);
                setArray(newElements);
            }
            return oldValue;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

接下來看get()方法

get()

我們可以看到get()方法很簡單，就是從array成員變量中取出對應(yīng)索引的值。并沒有加鎖處理。所以盡管是在并發(fā)高的情況下，get()方法的效率依舊是比較高的。

    /**
     * {@inheritDoc}
     *
     * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
     */
    public E get(int index) {
        return get(getArray(), index);
    }
    
    private E get(Object[] a, int index) {
        return (E) a[index];
    }

四：總結(jié)

CopyOnWriteArrayList為什么能夠保證線程安全，主要是因?yàn)橐韵聨c(diǎn)：

1.在做修改操作的時候加鎖

2.每次修改都是將元素copy到一個新的數(shù)組中，并且將數(shù)組賦值到成員變量array中。

3.利用volatile關(guān)鍵字修飾成員變量array，這樣就可以保證array的引用的可見性，每次修改之前都能夠拿到最新的array引用。這點(diǎn)很關(guān)鍵。

看到這里，相信你已經(jīng)對CopyOnWriteArrayList非常了解了，CopyOnWriteArrayList在查詢多，修改操作少的情況下效率是非?？捎^的，既能夠保證線程安全，又能有不錯的效率。但是如果修改操作較多，就會導(dǎo)致數(shù)組頻繁的copy，效率就會有所下降，如果修改操作很多，那么直接使用Collections.synchronizedList(),或許也是一個不錯的選擇。

以上就是詳解CopyOnWriteArrayList是如何保證線程安全的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于CopyOnWriteArrayList 線程安全的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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