Java?CopyOnWriteArrayList源碼超詳細(xì)分析
一、概述
CopyOnWriteArrayList是基于寫時(shí)復(fù)制技術(shù)實(shí)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(huì)加鎖,讀讀、讀寫都不會(huì)沖突,只有寫寫需要等待。寫操作時(shí),為了不影響其它線程的讀取,它會(huì)進(jìn)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(shí)現(xiàn)了RandomAccess接口,代表它支持快速隨機(jī)訪問,因?yàn)樗讓訑?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是數(shù)組,支持通過下標(biāo)快速訪問;
- 實(shí)現(xiàn)了Cloneable接口,代表它支持克隆,使用的是淺拷貝模式;
- 實(shí)現(xiàn)了List接口,代表它是一個(gè)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(shí),需要競爭鎖,同一時(shí)刻最多只有一個(gè)線程可以操作。因?yàn)槭菍憰r(shí)復(fù)制,寫入數(shù)據(jù)時(shí)不應(yīng)該影響其他線程的讀取,因此不會(huì)直接在array數(shù)組上操作,而是拷貝一個(gè)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(gè)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(shí)會(huì)返回舊值。它也是一個(gè)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(huì)拷貝一個(gè)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(gè)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(duì)應(yīng)下標(biāo)的舊元素,然后新建了一個(gè)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(gè)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(gè)元素,直接拷貝一個(gè)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(gè)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?yàn)槭菍憰r(shí)復(fù)制的,可能在訪問時(shí)已經(jīng)有新的元素加入,或者有元素被刪除,這是會(huì)存在延遲的,不是實(shí)時(shí)的,這是它的一個(gè)缺點(diǎn)。
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?yàn)镃opyOnWriteArrayList的數(shù)組是不可變數(shù)組,它始終是一個(gè)被填充滿的數(shù)組對(duì)象,沒有擴(kuò)容的操作,因此也沒有必要像ArrayList一樣,額外使用一個(gè)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(shí)的線程安全;
- 由于每次寫入操作時(shí),進(jìn)行了Copy復(fù)制原數(shù)組,所以無需擴(kuò)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(gè)數(shù)組,所以會(huì)有內(nèi)存開銷大的問題;
- CopyOnWriteArrayList 由于只在寫入時(shí)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(shí)時(shí)一致性。
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