CopyOnWriteArrayList分析
程序员文章站
2022-07-14 16:09:53
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CopyOnWriteArrayList分析
1. 属性开始
private static final long serialVersionUID = 8673264195747942595L;
// 排他锁
final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
// 数组的方法是通过getArray和setArray
private transient volatile Object[] array;
2. 构造方法开始
- 无参构造
// 给array赋，赋一个Object[0]的数组，没有啥子长度的数组
public CopyOnWriteArrayList() {
setArray(new Object[0]);
}
-
传递一个collection
传递进来c变为数组，通过
Arrays.copyOf拷贝一个新的数组，赋值给elements，关于Arrays.copyOf，这底层就是调用System.arraycopy方法。
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);
}
剩下的api基本就是操作数组元素的了，在ArrayList分析过，这里就在累赘的说了。下面主要分析一下add，set方法和get方法。
add 方法分析
这里的逻辑也很简单了，获取锁，每次都是利用拷贝数组，每次都先拷贝一个length + 1长度的新数组，在最后一个位置放新的数据
public boolean add(E e) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
newElements[len] = e;
setArray(newElements);
return true;
} finally {
lock.unlock();
}
}
set(int index, E element) 分析
替换指定下标的元素。如果指定的位置没有元素，就将数组重新设置回去。
如果指定的位置有值，注意，这里比较采用的还是 引用比较。不一样的话，就会重新拷贝一份，然后指定位置下标，获得新数组，然后重新设置值。
public E set(int index, E element) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
Object[] elements = getArray();
E oldValue = get(elements, index);
// 这里用的引用关系比较
if (oldValue != element) {
int len = elements.length;
// 拷贝新数组
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len);
// 设置值
newElements[index] = element;
// 重新设置新数组，在volatile修饰的变量，能让值强制刷新会工作内存，并且会使别的线程获取值的时候从工作内存中获取值。包装内存一致性
setArray(newElements);
} else {
// Not quite a no-op; ensures volatile write semantics
setArray(elements);
}
return oldValue;
} finally {
lock.unlock();
}
}
get方法分析
get方法很简单，就是通过下标获取数组中的对应的元素。着实很简单。
public E get(int index) {
return get(getArray(), index);
}
private E get(Object[] a, int index) {
return (E) a[index];
}
remove(int index) 方法分析
这里并没有想ArrayList一样，直接在原来的数组上面操作，而是重新new了一个数组，然后复制过去。
问题？
为什么这么做？
数组对象的分配是在堆里面的，直接利用
System.arraycopy操作原来的数组，不能保证内存的一直性，因为没有赋值（==）操作，所以，这里要重新创建数组，之后调用setArray方法设置值。
public E remove(int index) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
// 或者index的元素
E oldValue = get(elements, index);
//要准备开始移动元素了。
int numMoved = len - index - 1;
// 这说明在最后一位置，直接拷贝就好了
if (numMoved == 0)
setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
else {
//因为要删除一个元素，所以，新的数组的长度就比之前的减少一。
// 从要删除的节点分为两个部分，将这两部分拷贝到一个数组里面，然后设置回去。注意，这里并没直接在原始的数组上操作。
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();
}
}
别的方法基本都是大同小异，先获取锁，在获取数组，正常的操作array，只要记住，只要涉及到变更的操作，都要创建新数组，在新的数组上面操作，之后通过set方法将新的数组set进去。
问题？
每次获取的时候
ReentrantLock都有加锁和解锁的操作，为啥还要用volatile来修饰。ReentrantLock是javaApi来实现的，主要还是通过Park和unPark来阻塞线程，只能保证原子性。
在
CopyOnWriteArrayList里面用volatile修饰array能保证内存一致性。
迭代器
CopyOnWriteArrayList 的迭代器和ArrayList大多数集合不一样，这里没有快速失败的机制。那就说明，在迭代器和CopyOnWriteArrayList 里面没有modCount操作。也没有检查的机制。
COWIterator的迭代器不支持remove,set,add操作，所以在ArrayList分析里面列举的例子在 CopyOnWriteArrayList 场景下面不会出错。
public Spliterator<E> spliterator() {
return Spliterators.spliterator
(getArray(), Spliterator.IMMUTABLE | Spliterator.ORDERED);
}
static final class COWIterator<E> implements ListIterator<E> {
/** Snapshot of the array */
private final Object[] snapshot;
/** Index of element to be returned by subsequent call to next. */
private int cursor;
private COWIterator(Object[] elements, int initialCursor) {
cursor = initialCursor;
snapshot = elements;
}
public boolean hasNext() {
return cursor < snapshot.length;
}
public boolean hasPrevious() {
return cursor > 0;
}
@SuppressWarnings("unchecked")
public E next() {
if (! hasNext())
throw new NoSuchElementException();
return (E) snapshot[cursor++];
}
@SuppressWarnings("unchecked")
public E previous() {
if (! hasPrevious())
throw new NoSuchElementException();
return (E) snapshot[--cursor];
}
public int nextIndex() {
return cursor;
}
public int previousIndex() {
return cursor-1;
}
/**
明显看到，这操作都是不支持的。直接抛出异常
*/
public void remove() {
throw new UnsupportedOperationException();
}
/**
* Not supported. Always throws UnsupportedOperationException.
* @throws UnsupportedOperationException always; {@code set}
* is not supported by this iterator.
*/
public void set(E e) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
/**
* Not supported. Always throws UnsupportedOperationException.
* @throws UnsupportedOperationException always; {@code add}
* is not supported by this iterator.
*/
public void add(E e) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
@Override
public void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) {
Objects.requireNonNull(action);
Object[] elements = snapshot;
final int size = elements.length;
for (int i = cursor; i < size; i++) {
@SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) elements[i];
action.accept(e);
}
cursor = size;
}
}
总结
- ArrayList 线程安全的代替类。多线程的情况下使用。
- 不支持通过迭代器来操作List。
- 没有快速失败机制
- 每次只要涉及到更改，就会从拿到数组，复制新数组，用新数组赋值。利用
volatile来实现内存一致性。 - 复制数组耗费内存空间，导致内存空间的利用率低。所以，在读多写少的情况下，使用还是很不错的。但是话说回来，在写操作多的情况下，感觉也差不了多少。锁只有一把，肯定不会造成多个线程同时复制，无非也就是拷贝的操作在一个时间段之内多了点。
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CopyOnWriteArraySet是基于CopyOnWriteArrayList实现的，主要是利用addIfAbsent方法。先查找，如果没有查找到就添加