[學習筆記-Java集合-3] List - CopyOnWriteArrayList源碼分析

GitCafe 發布于2019-08-19 10:26 / 606人閱讀

摘要：簡介是的線程安全版本，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。

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

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 用于修改時加鎖，使用transient修飾表示不自動序列化。

array 真正存儲元素的地方，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。

CopyOnWriteArrayList()構造方法

創建空數組

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;
}

CopyOnWriteArrayList 構造方法

如果c是CopyOnWriteArrayList類型，直接把它的數組賦值給當前list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list的數組中。

public CopyOnWriteArrayList(Collection 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);
}

CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn)構造方法

把toCopyIn的元素拷貝給當前list的數組。

public CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn) {
    setArray(Arrays.copyOf(toCopyIn, toCopyIn.length, Object[].class));
}

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];
}

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len-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;
}

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；

GPU云服務器云服務器 java集合源碼分析 java遍歷list集合 java中的list集合 java學習筆記

文章版權歸作者所有，未經允許請勿轉載,若此文章存在違規行為，您可以聯系管理員刪除。

轉載請注明本文地址：http://m.specialneedsforspecialkids.com/yun/76023.html

[學習筆記-Java集合-12] Set - CopyOnWriteArraySet源碼分析

摘要：介紹底層是使用存儲元素的，所以它并不是使用來存儲元素的。最簡單的方式就是判斷是否中的元素都在中，中的元素是否都在中，也就是兩次兩層循環。其實，并不需要。標記某個元素是否找到過，防止重復這個位置沒找到過才比較大小介紹 CopyOnWriteArraySet底層是使用CopyOnWriteArrayList存儲元素的，所以它并不是使用Map來存儲元素的。但是，我們知道CopyOnWri...

Lin_YT 2019-08-19 10:34 評論0 收藏0
Java 常用List集合使用場景分析

摘要：常用集合使用場景分析過年前的最后一篇，本章通過介紹，，，底層實現原理和四個集合的區別。和都是線程安全的，不同的是前者使用類，后者使用關鍵字。面試官會認為你是一個基礎扎實，內功深厚的人才到這里常用集合使用場景分析就結束了。 Java 常用List集合使用場景分析過年前的最后一篇，本章通過介紹ArrayList，LinkedList，Vector，CopyOnWriteArrayList...

godruoyi 2019-08-16 11:03 評論0 收藏0
帶你了解集合世界的fail-fast機制和 CopyOnWriteArrayList 源碼詳解

摘要：體現的就是適配器模式。數組對象集合世界中的機制機制集合世界中比較常見的錯誤檢測機制，防止在對集合進行遍歷過程當中，出現意料之外的修改，會通過異常暴力的反應出來。而在增強循環中，集合遍歷是通過進行的。前言學習情況記錄時間：week 2 SMART子目標：Java 容器記錄在學習Java容器知識點中，關于List的重點知識點。知識點概覽：容器中的設計模式從Array...

young.li 2019-08-16 18:36 評論0 收藏0
[學習筆記-Java集合-13] Set - ConcurrentSkipListSet源碼分析

摘要：介紹底層是通過來實現的，它是一個有序的線程安全的集合。源碼分析它的源碼比較簡單，跟通過實現的基本是一致，只是多了一些取最近的元素的方法。介紹 ConcurrentSkipListSet底層是通過ConcurrentNavigableMap來實現的，它是一個有序的線程安全的集合。源碼分析它的源碼比較簡單，跟通過Map實現的Set基本是一致，只是多了一些取最近的元素的方法。 // ...

yunhao 2019-08-19 10:34 評論0 收藏0
ArrayList源碼解析之fail-fast機制深入理解

摘要：當多個線程對同一個集合的內容進行操作時，就可能會產生事件。當某一個線程遍歷的過程中，的內容被另外一個線程所改變了就會拋出異常，產生事件。在線程在遍歷過程中的某一時刻，線程執行了，并且線程刪除了中的節點。概要前面，我們已經學習了ArrayList。接下來，我們以ArrayList為例，對Iterator的fail-fast機制進行了解。 1 fail-fast簡介 fail-fast...

NikoManiac 2019-08-15 15:55 評論0 收藏0