java集合之CopyOnWriteArrayList源碼解析
一、基礎(chǔ)常量和結(jié)構(gòu)
// 鎖 final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); // 空數(shù)組 private transient volatile Object[] array;
可以看到底層依舊還是數(shù)組,但是沒了默認(rèn)大小和容量大小的變量了,而且數(shù)組容器被volatile關(guān)鍵字修飾,同時(shí)還多了一把鎖,這同時(shí)說明了CopyOnWriteArrayList是線程安全的設(shè)計(jì)
為什么沒有默認(rèn)大小了呢?難道不需要判斷擴(kuò)容了?接著往下看
二、構(gòu)造方法
public CopyOnWriteArrayList() { setArray(new Object[0]); } final void setArray(Object[] a) { array = a; } // 帶參構(gòu)造 public CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn) { setArray(Arrays.copyOf(toCopyIn, toCopyIn.length, Object[].class)); }
兩個(gè)構(gòu)造方法:
- 默認(rèn)的:直接創(chuàng)建了個(gè)空數(shù)組然后賦值給了容器數(shù)組
- 帶參的:把傳參的數(shù)組數(shù)據(jù)賦值到了一個(gè)新數(shù)組上面然后把新數(shù)組給了容器數(shù)組(對Arrays.copyOf不熟的可以看看 上篇ArrayList介紹 )
為什么帶參的方法要搞一個(gè)新的數(shù)組出來然后在賦值給容器數(shù)組呢?
因?yàn)閿?shù)組賦值,不是值傳遞,傳遞后依舊會受原數(shù)組的影響,如下:(不清楚的了解一下值傳遞和地址傳遞)
Object[] aa=new Object[]{1,2}; Object[] aa1=aa; System.out.println("改變前:"+aa1[0]); aa[0]=3; System.out.println("改變后:"+aa1[0]);
//結(jié)果如下:
改變前:1
改變后:3
ps:改的是aa數(shù)組
三、add操作
默認(rèn)添加
整個(gè)過程邏輯很簡單:
- 加鎖,獲取容器數(shù)組
- 創(chuàng)建一個(gè)長度+1 的新數(shù)組,并把之前數(shù)組的數(shù)據(jù)復(fù)制過去
- 然后新數(shù)組尾部賦值,并把新數(shù)組重新賦值給容器數(shù)組
因?yàn)槊看翁砑佣紩?chuàng)建一個(gè)長度+1的新數(shù)組,所以并不需要擴(kuò)容了
線程安全方面: 容器array是volatile修飾的,即set和get方法都是線程安全的,整個(gè)添加過程上了鎖,所以整體是通過volatile和lock來保證的線程安全
性能方面: 可以看到舍棄了擴(kuò)容操作,但每次添加都會創(chuàng)建個(gè)新的數(shù)組并復(fù)制數(shù)據(jù)過去,這個(gè)過程是非常耗時(shí)的,所以并不合適頻繁寫入的場景
源代碼如下:
public boolean add(E e) { final ReentrantLock lock = this.lock; // 加鎖 lock.lock(); try { // 獲取容器數(shù)組 Object[] elements = getArray(); // 獲取容器數(shù)組長度 int len = elements.length; // 創(chuàng)建一個(gè)長度+1的新數(shù)組 并把之前的數(shù)據(jù)復(fù)制到新數(shù)組 Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1); // 新數(shù)組尾部賦值 newElements[len] = e; // 把新數(shù)組重新賦值給容器數(shù)組 setArray(newElements); return true; } finally { lock.unlock(); } }
指定位置插入
同樣也可以指定位置插入,流程跟上述差不多一致,但是有個(gè)雙Copy操作:
- 加鎖,獲取容器數(shù)組
- 下標(biāo)校驗(yàn)
- 如果正好是尾部插入:創(chuàng)建一個(gè)長度+1 的新數(shù)組,并把之前數(shù)組的數(shù)據(jù)復(fù)制過去
- 不是尾部:需要復(fù)制兩次,總的來說就是下標(biāo)前的數(shù)據(jù)照舊復(fù)制,但下標(biāo)后的數(shù)據(jù)復(fù)制后,整體位置往后移一位
- 然后新數(shù)組尾部賦值,并把新數(shù)組重新賦值給容器數(shù)組
源代碼如下:
public void add(int index, E element) { final ReentrantLock lock = this.lock; // 加鎖 lock.lock(); try { // 獲取容器數(shù)組 Object[] elements = getArray(); // 獲取容器數(shù)組長度 int len = elements.length; // 下標(biāo)校驗(yàn) if (index > len || index < 0) throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+ ", Size: "+len); Object[] newElements; int numMoved = len - index; if (numMoved == 0) // 如果正好是尾部 則照舊創(chuàng)建并復(fù)制 newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1); else { // 不是尾部則創(chuàng)建一個(gè)長度+1 的新數(shù)組 newElements = new Object[len + 1]; // 依舊是復(fù)制 但這里復(fù)制了兩次 // 0-index的元素復(fù)制一次 位置不變 System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index); // index-尾部的元素復(fù)制一次 整體位置都后移一位 System.arraycopy(elements, index, newElements, index + 1, numMoved); } // 指定位置賦值 newElements[index] = element; // 把新數(shù)組重新賦值給容器數(shù)組 setArray(newElements); } finally { lock.unlock(); } }
四、get操作
很簡單先獲取容器數(shù)組,然后根據(jù)數(shù)組下標(biāo)取值就好
容器數(shù)組是volatile修飾的,所以本身get就是線程安全的,始終獲取的最新值
源代碼如下:
public E get(int index) { return get(getArray(), index); } final Object[] getArray() { return array; } private E get(Object[] a, int index) { return (E) a[index]; }
五、set操作
這個(gè)我在ArrayList里面沒有介紹,因?yàn)楹芎唵尉褪翘鎿Q數(shù)組下標(biāo)原本的值即可
這里提一下是因?yàn)榇瞬僮饕彩蔷€程安全的上了鎖:
- 加鎖,獲取下標(biāo)對應(yīng)的舊值
- 對比新值和舊值,值一樣則不作任何操作
- 值不一樣則創(chuàng)建個(gè)新的數(shù)組,然后再修改下標(biāo)的值,再把新數(shù)組回寫
源代碼如下:
public E set(int index, E element) { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock(); try { // 獲取容器數(shù)組 Object[] elements = getArray(); // 獲取原本的舊值 E oldValue = get(elements, index); // 對比新值和舊值 if (oldValue != element) { int len = elements.length; // 值不一致 則創(chuàng)建個(gè)新數(shù)組,把數(shù)據(jù)復(fù)制過去 Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len); // 修改新數(shù)組對應(yīng)下標(biāo)下的值 newElements[index] = element; // 把新數(shù)組寫回 setArray(newElements); } else { // 新值舊值一樣 就不做任何操作 ,把數(shù)組寫回去就好了 setArray(elements); } return oldValue; } finally { lock.unlock(); } }
六、remove操作
根據(jù)值remove
- 先遍歷查找元素下標(biāo)所在
- 然后加鎖,判斷下標(biāo)是否有效,無效需要重新找一次下標(biāo),沒找到直接返回false
- 找到了下標(biāo)然后創(chuàng)建長度-1的新數(shù)組,雙copy,然后回寫到容器數(shù)組
總的邏輯不復(fù)雜,跟常規(guī)的list一樣,先查再移除,但由于第一次查找的時(shí)候并沒有加鎖,所以第一次找到的下標(biāo)到移除的過程中數(shù)組可能已經(jīng)發(fā)生了修改,下標(biāo)會失效,所以在真正移除的時(shí)候加鎖之后又判斷了一次下標(biāo)的有效性
為什么不直接加鎖然后在查找下標(biāo)后移除呢?
當(dāng)然也可以,但是加鎖會阻塞其他的操作,等于是在遍歷查找的時(shí)候其他操作就全被阻塞了,但是現(xiàn)在這樣假設(shè)數(shù)組沒被修改,則直接雙copy移除了,相比更優(yōu),假設(shè)數(shù)組被修改,無非就是再重新遍歷一次,從效率上來講多遍歷了一次,效率低了,從阻塞上來看都一樣是遍歷+雙copy,所以綜合來說這種設(shè)計(jì)側(cè)重于使用場景
源代碼如下:
public boolean remove(Object o) { // 獲取容器數(shù)組 Object[] snapshot = getArray(); // 遍歷查找元素所在的下標(biāo)索引 int index = indexOf(o, snapshot, 0, snapshot.length); // 根據(jù)索引移除 return (index < 0) ? false : remove(o, snapshot, index); } private boolean remove(Object o, Object[] snapshot, int index) { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock(); try { // 獲取當(dāng)前最新的容器數(shù)組 Object[] current = getArray(); int len = current.length; // 判斷傳入的數(shù)組是否與當(dāng)前數(shù)組相同 如果不相同則需要判斷傳入index下標(biāo)的有效性 if (snapshot != current) findIndex: { //得到遍歷范圍最小值,這個(gè)范圍不一定能找到元素,當(dāng)元素被后移時(shí) //注意index是索引,len是數(shù)組大小。 int prefix = Math.min(index, len); for (int i = 0; i < prefix; i++) { //嚴(yán)格的判斷。只有當(dāng)兩個(gè)數(shù)組相同索引位置的元素不是同一個(gè)元素; //且current索引元素和參數(shù)o 是相等的時(shí)候 則重新獲取賦值index 退出分支 if (current[i] != snapshot[i] && eq(o, current[i])) { index = i; break findIndex; } } // 下標(biāo)已經(jīng)超過或等于長度 則下標(biāo)已經(jīng)無效了 直接返回 if (index >= len) return false; // 下標(biāo)依舊有效并且值相等則 退出分支 if (current[index] == o) break findIndex; // 上面都不滿足則重新查找一次下標(biāo) index = indexOf(o, current, index, len); // 不存在了則直接返回 if (index < 0) return false; } // 經(jīng)過上面一頓操作 已經(jīng)找到了要移除元素的下標(biāo)了,所以創(chuàng)建個(gè)長度-1的新數(shù)組 Object[] newElements = new Object[len - 1]; // 雙復(fù)制 與之前一樣 ,index后面的元素需要往前移 System.arraycopy(current, 0, newElements, 0, index); System.arraycopy(current, index + 1, newElements, index, len - index - 1); // 新數(shù)組賦值給容器數(shù)組 setArray(newElements); return true; } finally { lock.unlock(); } }
根據(jù)下標(biāo)remove
這個(gè)和根據(jù)下標(biāo)add操作有點(diǎn)類似:
- 判斷下標(biāo)是不是尾部,是尾部則直接Arrays.copyOf
- 不是尾部則雙arraycopy,index后的數(shù)據(jù)要整體前移一位
源代碼如下:
public E remove(int index) { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock(); try { // 獲取容器數(shù)組 Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; // 獲取舊值 E oldValue = get(elements, index); int numMoved = len - index - 1; if (numMoved == 0) // 如果是尾部則直接創(chuàng)建長度-1的數(shù)組再復(fù)制過去 setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1)); else { // 不是尾部 則雙copy ,index后的數(shù)據(jù)整體前移一位 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(); } }
總結(jié)
從上面可以看出CopyOnWriteArrayList是線程安全的,是volatile和lock來保證的,但是也很明顯的可以看出弊端就是對修改的效率不高,每個(gè)修改都涉及到copy操作,甚至還有兩次copy的,而且每個(gè)修改都是在新的數(shù)組中進(jìn)行的,這也應(yīng)對了CopyOnWrite這個(gè)命名;就因?yàn)閷懙男什桓?,所以這個(gè)更適合在讀多寫少的場景中使用
到此這篇關(guān)于java集合之CopyOnWriteArrayList源碼解析的文章就介紹到這了,更多相關(guān)CopyOnWriteArrayList源碼內(nèi)容請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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