Java集合之CopyOnWriteArrayList詳解
簡介
CopyOnWriteArrayList是ArrayList的線程安全版本,內部也是通過數組實現,每次對數組的修改都完全拷貝一份新的數組來修改,修改完了再替換掉老數組,這樣保證了只阻塞寫操作,不阻塞讀操作,實現讀寫分離。
繼承體系
public class CopyOnWriteArrayList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {...}
- CopyOnWriteArrayList實現了List,RandomAccess,Cloneable,java.io.Serializable等接口。
- CopyOnWriteArrayList實現了List,提供了基礎的添加、刪除、遍歷等操作。
- CopyOnWriteArrayList實現了RandomAccess,提供了隨機訪問的能力。
- CopyOnWriteArrayList實現了Cloneable,可以被克隆。
- CopyOnWriteArrayList實現了Serializable,可以被序列化。
源碼解析
屬性
/** 用于修改時加鎖 */ final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); /** 真正存儲元素的地方,只能通過getArray()/setArray()訪問 */ private transient volatile Object[] array;
- lock:修改時加鎖,使用transient修飾表示不自動序列化。
- array:存儲元素的地方,使用transient修飾表示不自動序列化,使用volatile修飾表示一個線程對這個字段的修改另外一個線程立即可見。
構造方法
創(chuàng)建空數組。
public CopyOnWriteArrayList() { // 所有對array的操作都是通過setArray()和getArray()進行 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類型 // 那么直接把它的數組拿過來使用 elements = ((CopyOnWriteArrayList<?>)c).getArray(); else { // 否則調用其toArray()方法將集合元素轉化為數組 elements = c.toArray(); // 這里c.toArray()返回的不一定是Object[]類型 // 詳細原因見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類型,直接把它的數組賦值給當前l(fā)ist的數組,注意這里是淺拷貝,兩個集合共用同一個數組。
- 如果 c 不是CopyOnWriteArrayList類型,則進行拷貝把c的元素全部拷貝到當前l(fā)ist的數組中。
public CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn) { setArray(Arrays.copyOf(toCopyIn, toCopyIn.length, Object[].class)); }
- 把toCopyIn的元素拷貝給當前l(fā)ist的數組。
add(E e)方法
添加一個元素到末尾。
public boolean add(E e) { final ReentrantLock lock = this.lock; // 加鎖 lock.lock(); try { // 獲取舊數組 Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; // 將舊數組元素拷貝到新數組中 // 新數組大小是舊數組大小加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;
- 獲取元素數組;
- 新建一個數組,大小為原數組長度加1,并把原數組元素拷貝到新數組;
- 把新添加的元素放到新數組的末尾;
- 把新數組賦值給當前對象的array屬性,覆蓋原數組;
- 解鎖。
add(int index, E element)方法
添加一個元素在指定索引處。
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n+1的數組, 其前n個元素與舊數組一致 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n+1的數組 newElements = new Object[len + 1]; // 拷貝舊數組前index的元素到新數組中 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組中 // 這樣正好index位置是空出來的 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;
- 如果索引等于數組長度(也就是數組最后一位再加1),那就拷貝一個len+1的數組;
- 如果索引不等于數組長度,那就新建一個len+1的數組,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;
- 把新數組賦值給當前對象的array屬性,覆蓋原數組;
- 解鎖;
addIfAbsent(E e)方法
添加一個元素如果這個元素不存在于集合中。
public boolean addIfAbsent(E e) { // 獲取元素數組, 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 { // 重新獲取舊數組 Object[] current = getArray(); int len = current.length; // 如果快照與剛獲取的數組不一致 // 說明有修改 if (snapshot != current) { // 重新檢查元素是否在剛獲取的數組里 int common = Math.min(snapshot.length, len); for (int i = 0; i < common; i++) // 到這個方法里面了, 說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(); } }
- 檢查這個元素是否存在于數組快照中;
- 如果存在直接返回 false,如果不存在調用addIfAbsent(E e, Object[] snapshot)處理;
- 加鎖;
- 如果當前數組不等于傳入的快照,說明有修改,檢查待添加的元素是否存在于當前數組中,如果存在直接返回false;
- 拷貝一個新數組,長度等于原數組長度加1,并把原數組元素拷貝到新數組中;
- 把新元素添加到數組最后一位;
- 把新數組賦值給當前對象的array屬性,覆蓋原數組;
- 解鎖;
get(int index)
獲取指定索引的元素,支持隨機訪問,時間復雜度為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 // 這里是沒有做越界檢查的, 因為數組本身會做越界檢查 return get(getArray(), index); } final Object[] getArray() { return array; } private E get(Object[] a, int index) { return (E) a[index]; }
- 獲取元素數組;
- 返回數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的新數組, 最后一位就自動刪除了 setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1)); else { // 如果移除的不是最后一位 // 那么新建一個n-1的新數組 Object[] newElements = new Object[len - 1]; // 將前index的元素拷貝到新數組中 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,則把原數組的前l(fā)en-1個元素拷貝到新數組中,并把新數組賦值給當前對象的數組屬性;
- 如果移除的不是最后一位元素,則新建一個len-1長度的數組,并把原數組除了指定索引位置的元素全部拷貝到新數組中,并把新數組賦值給當前對象的數組屬性;
- 解鎖并返回舊值;
size()方法
返回數組的長度。
public int size() { // 獲取元素個數不需要加鎖 // 直接返回數組的長度 return getArray().length; }
為什么CopyOnWriteArrayList沒有size屬性?
因為每次修改都是拷貝一份正好可以存儲目標個數元素的數組,所以不需要size屬性了,數組的長度就是集合的大小,而不像ArrayList數組的長度實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個元素的數組,再把新元素放到新數組的最后一位,這時新數組的長度為len+1了,也就是集合的size了。
總結
- CopyOnWriteArrayList使用ReentrantLock重入鎖加鎖,保證線程安全;
- CopyOnWriteArrayList的寫操作都要先拷貝一份新數組,在新數組中做修改,修改完了再用新數組替換老數組,所以空間復雜度是O(n),性能比較低下;
- CopyOnWriteArrayList的讀操作支持隨機訪問,時間復雜度為O(1);
- CopyOnWriteArrayList采用讀寫分離的思想,讀操作不加鎖,寫操作加鎖,且寫操作占用較大內存空間,所以適用于讀多寫少的場合;
- CopyOnWriteArrayList只保證最終一致性,不保證實時一致性。
到此這篇關于Java集合之CopyOnWriteArrayList詳解的文章就介紹到這了,更多相關CopyOnWriteArrayList詳解內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家!
相關文章
如何獲取MyBatis Plus執(zhí)行的完整的SQL語句
這篇文章主要介紹了如何獲取MyBatis Plus執(zhí)行的完整的SQL語句問題,具有很好的參考價值,希望對大家有所幫助,如有錯誤或未考慮完全的地方,望不吝賜教2024-07-07Java基于Spire Cloud Excel把Excel轉換成PDF
這篇文章主要介紹了Java基于Spire Cloud Excel把Excel轉換成PDF,文中通過示例代碼介紹的非常詳細,對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值,需要的朋友可以參考下2020-05-05Java并發(fā)編程(CyclicBarrier)實例詳解
這篇文章主要介紹了Java并發(fā)編程(CyclicBarrier)實例詳解的相關資料,JAVA編寫并發(fā)程序的時候,我們需要仔細去思考一下并發(fā)流程的控制,如何讓各個線程之間協作完成某項工作。2017-07-07