CopyOnWriteArrayList源码阅读笔记

编程之家收集整理的这篇文章主要介绍了CopyOnWriteArrayList源码阅读笔记编程之家小编觉得挺不错的,现在分享给大家,也给大家做个参考。

概述

简介 ArrayList是开发中使用比较多的集合,它不是线程安全的,CopyOnWriteArrayList就是线程安全版本的ArrayList。CopyOnWriteArrayList同样是通过数组,下方主要介绍关于CopyOnWriteArrayList源码阅读笔记的全文内容,希望对你有所帮助。

简介

ArrayList是开发中使用比较多的集合,它不是线程安全的,copyOnWriteArrayList就是线程安全版本的ArrayListcopyOnWriteArrayList同样是通过数组实现,这个类的名字叫“copyOnWrite ”,它是在写入的时候拷贝数组,对副本进行操作。


原理

copyOnWriteArrayList采用了一种读写分离的并发策略。copyOnWriteArrayList容器允许并发读,读操作是无锁的,性能较高。至于写操作,比如向容器中添加一个元素,则首先将当前容器复制一份,然后在新副本上执行写操作,结束之后再将原容器的引用指向新容器。示意图如下:

在这里插入图片描述



继承体系

在这里插入图片描述


通过类图,可以看到copyOnWriteArrayList继承体系·:

  • 实现了List,RandomAccess,Cloneable,java.io.Serializable等接口。

  • 实现了List提供了基础的添加删除、遍历等操作。

  • 实现了RandomAccess,提供随机访问的能力。

  • 实现了Cloneable,可以被克隆。

  • 实现了Serializable,可以被序列化。


源码分析

属性

@H_403_56@ //可重入锁,保证线程安全 final transIEnt reentrantlock lock = new reentrantlock(); //存放数据元素的数组,只能通过get/set方法访问 private transIEnt volatile Object[] array; final Object[] getArray() { return array; } final voID setArray(Object[] a) { array = a; }

构造方法

@H_403_56@public copyOnWriteArrayList() { setArray(new Object[0]); } @H_403_56@ public copyOnWriteArrayList(Collection<? extends E> c) { Object[] elements; // 如果c也是copyOnWriteArrayList类型 // 那么直接把它的数组拿过来使用 if (c.getClass() == copyOnWriteArrayList.class) elements = ((copyOnWriteArrayList<?>)c).getArray(); else { //否则,先转换为数组 elements = c.toArray(); // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652) // 检查c.toArray()返回的是不是Object[]类型,如果不是,重新拷贝成Object[].class类型 if (elements.getClass() != Object[].class) elements = Arrays.copyOf(elements,elements.length,Object[].class); } setArray(elements); } @H_403_56@ //把tocopyIn的元素拷贝给当前List的数组。 public copyOnWriteArrayList(E[] tocopyIn) { setArray(Arrays.copyOf(tocopyIn,tocopyIn.length,Object[].class)); }

add(E e)

添加一个元素到末尾

@H_403_56@ public boolean add(E e) { //获取锁 final reentrantlock lock = this.lock; //加锁 lock.lock(); try { //旧数组 Object[] elements = getArray(); //获取旧数组长度 int len = elements.length; //拷贝旧数组的值到新数组 Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements,len + 1); //将插入的元素放到最后 newElements[len] = e; //存放元素数组置为新数组 setArray(newElements); return true; } finally { //释放锁 lock.unlock(); } }

add(int index,E element)

在指定位置插入数组

@H_403_56@ public voID add(int index,E element) { //获取锁 final reentrantlock lock = this.lock; //加锁 lock.lock(); try { //旧数组 Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; //判断下标是否越界 if (index > len || index < 0) throw new indexoutofboundsexception("Index: "+index+ ",Size: "+len); //新数组 Object[] newElements; int numMoved = len - index; if (numMoved == 0) // 如果插入的位置是最后一位 // 那么拷贝一个n+1的数组,其前n个元素与旧数组一致 newElements = Arrays.copyOf(elements,len + 1); else { // 如果插入的位置不是最后一位 // 那么新建一个n+1的数组 newElements = new Object[len + 1]; //拷贝旧数组[0,……index-1]下标的元素 System.arraycopy(elements,newElements,index); //拷贝旧数组的其余元素到新数组[index+1,……length+1],刚好空出了index下标位置 System.arraycopy(elements,index,index + 1,numMoved); } //将插入的元素放到index下标位置 newElements[index] = element; //给array赋值 setArray(newElements); } finally { //释放锁 lock.unlock(); } }

写入操作:

  • 在上面添加元素的操作中,都进行了加锁的操作
  • 拷贝一个新数组,长度等于原数组长度加1,并把原数组元素拷贝到新数组中
  • 把新数组赋值给当前对象的array属性,覆盖原数组

remove(int index)

根据下标位置移除数据元素:

@H_403_56@ public E remove(int index) { //获取锁 final reentrantlock lock = this.lock; //加锁 lock.lock(); try { //旧数组 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 // 那么直接拷贝一份n-1的新数组,最后一位就自动删除了 setArray(Arrays.copyOf(elements,len - 1)); else { // 如果移除的不是最后一位 // 那么新建一个n-1的新数组 Object[] newElements = new Object[len - 1]; // 将前index个元素拷贝到新数组中 System.arraycopy(elements,index); // 将index后面(不包含)的元素往前挪一位 // 这样正好把index位置覆盖掉了,相当于删除了 System.arraycopy(elements,numMoved); setArray(newElements); } return oldValue; } finally { //释放锁 lock.unlock(); } }

删除操作:删除操作同理,将除要删除元素之外的其他元素拷贝到新副本中,然后切换引用,将原容器引用指向新副本。同属写操作,需要加锁。


get(int index)

@H_403_56@ 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]; }

获取操作:获取操作属于读操作,直接通过数组下标获取数据元素,没有加锁,所以保证了性能


size()

@H_403_56@ public int size() { //返回数组长度 return getArray().length; }

和ArrayList不同,查看ArrayList源码阅读笔记,可以发现ArrayList中是有size属性的,这是因为ArrayList数组的长度实际是要大于集合的大小的。copyOnWriteArrayList每次修改都是拷贝一份正好可以存储目标个数元素的数组,所以不需要size属性,直接返回数组长度即可


总结

  • copyOnWriteArrayList使用reentrantlock重入锁加锁,保证线程安全

  • copyOnWriteArrayList的写操作都要先拷贝一份新数组,在新数组中做修改修改完了再用新数组替换老数组,所以空间复杂度是O(n),性能相对低下;

  • copyOnWriteArrayList的读操作支持随机访问,时间复杂度为O(1);

  • copyOnWriteArrayList采用读写分离的思想,读操作不加锁,写操作加锁,且写操作占用较大内存空间,所以适用于读多写少的场合;

  • copyOnWriteArrayList只保证最终一致性,不保证实时一致性;



纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行。



参考

【1】:【死磕 Java 集合】— CopyOnWriteArrayList源码分析
【2】:CopyOnWriteArrayList实现原理及源码分析

总结

以上是编程之家为你收集整理的CopyOnWriteArrayList源码阅读笔记全部内容,希望文章能够帮你解决CopyOnWriteArrayList源码阅读笔记所遇到的程序开发问题。

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