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Java中的拷貝數(shù)組CopyOnWriteArrayList詳解

更新時(shí)間：2023年12月20日 09:11:18 作者：Brain_L

這篇文章主要介紹了Java中的拷貝數(shù)組CopyOnWriteArrayList詳解,ArrayList和LinkedList都不是線程安全的,如果需要線程安全的List,可以使用synchronizedList來生成一個(gè)同步list,但是這個(gè)同步list的方法都是通過synchronized修飾來保證同步的,需要的朋友可以參考下

CopyOnWriteArrayList詳解

ArrayList和LinkedList都不是線程安全的，如果需要線程安全的List，可以使用Collections.synchronizedList來生成一個(gè)同步list，但是這個(gè)同步list的方法都是通過synchronized修飾來保證同步的，并發(fā)性能不高。那么如何提高并發(fā)性能呢？比如某些場景下，對(duì)List的讀操作遠(yuǎn)多于寫操作，那么CopyOnWriteArrayList就派上用場了。

1、屬性

/** The lock protecting all mutators */
final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
/** The array, accessed only via getArray/setArray. */
private transient volatile Object[] array;

lock是用來在寫操作時(shí)加鎖使用的，具體使用下面方法部分再看。

數(shù)組array是CopyOnWriteArrayList的核心部分了，所有的元素都存放在這個(gè)數(shù)組中。為了保證可見性，所以被volatile修飾著。

2、方法

final Object[] getArray() {
    return array;
}
final void setArray(Object[] a) {
    array = a;
}
public CopyOnWriteArrayList() {
    setArray(new Object[0]);
}
public CopyOnWriteArrayList(Collection<? extends E> c) {
    Object[] elements;
    if (c.getClass() == CopyOnWriteArrayList.class)
        elements = ((CopyOnWriteArrayList<?>)c).getArray();
    else {
        elements = c.toArray();
        // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
        if (elements.getClass() != Object[].class)
            elements = Arrays.copyOf(elements, elements.length, Object[].class);
    }
    setArray(elements);
}
public CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn) {
    setArray(Arrays.copyOf(toCopyIn, toCopyIn.length, Object[].class));
}

三個(gè)構(gòu)造函數(shù)都是為了給array數(shù)組賦值，生成初始數(shù)組。

下面看下它的幾個(gè)關(guān)鍵方法：get、add、remove

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

get比較簡單，就是直接取數(shù)組索引處的元素。注意get方法沒有加鎖。

public boolean add(E e) {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    //1、加鎖
    lock.lock();
    try {
        //2、取原數(shù)組
        Object[] elements = getArray();
        int len = elements.length;
        //3、拷貝生成新數(shù)組
        Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
        //4、新元素加到數(shù)組最后一位
        newElements[len] = e;
        //5、數(shù)組替換
        setArray(newElements);
        return true;
    } finally {
        //6、釋放鎖
        lock.unlock();
    }
}

add方法，上來就先加鎖，然后取出原數(shù)組后拷貝生成了一個(gè)新的數(shù)組，注意，此時(shí)原有的array數(shù)組沒有變，get訪問時(shí)還是跟之前一樣。當(dāng)把新的數(shù)組替換掉array后，由于是volatile修飾的，get訪問時(shí)就會(huì)訪問添加過元素的新數(shù)組。這樣就保證了讀寫同時(shí)進(jìn)行時(shí)，讀不需要加鎖依然不會(huì)有并發(fā)問題。最后釋放鎖后，別的寫操作獲得鎖，再次進(jìn)行替換操作，這樣保證寫操作與寫操作之間不會(huì)有并發(fā)問題。

public E remove(int index) {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    //1、獲取鎖
    lock.lock();
    try {
        //2、取原數(shù)組
        Object[] elements = getArray();
        int len = elements.length;
        E oldValue = get(elements, index);
        int numMoved = len - index - 1;
        //3、如果被刪除元素是數(shù)組最后一位，直接截取len-1的新數(shù)組
        if (numMoved == 0)
            setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
        //4、否則，分段拷貝生成新數(shù)組
        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 {
        //5、釋放鎖
        lock.unlock();
    }
}

remove與add同理，也是先獲取鎖，同時(shí)生成新的數(shù)組之后再把原有的數(shù)組進(jìn)行替換。

3、總結(jié)

所有的元素均存儲(chǔ)到數(shù)組中
寫操作(add/set/remove等)會(huì)改變數(shù)組結(jié)構(gòu)，采用新生成一個(gè)數(shù)組然后進(jìn)行替換的做法，保證了在此期間原數(shù)組可以正常訪問。同時(shí)操作之前需要先獲取鎖，避免寫操作之間產(chǎn)生并發(fā)問題。
讀操作由于不需要改變數(shù)組結(jié)構(gòu)，且寫操作時(shí)，對(duì)原有的數(shù)組不進(jìn)行修改，此時(shí)仍可正常讀取。寫操作將新數(shù)組進(jìn)行替換后，由于數(shù)組被volatile修飾，保證了可見性，此時(shí)也可正正常讀取。所以讀操作不需要加鎖。
因?yàn)槊看螌懖僮鞫紩?huì)帶來數(shù)組拷貝，所以當(dāng)讀操作遠(yuǎn)大于寫操作時(shí)，才可考慮使用此容器。

到此這篇關(guān)于Java中的拷貝數(shù)組CopyOnWriteArrayList詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)CopyOnWriteArrayList詳解內(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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