System：System.arraycopy方法详解
这里写目录标题
看 JDK 源码的时候，Java 开发设计者在对数组的复制时，通常都会使用 System.arraycopy() 方法。
其实对数组的复制，有四种方法：
- for
- clone
- System.arraycopy
- arrays.copyof
本文章主要分析 System.arraycopy() ，带着几个问题去看这个方法：
- 深复制，还是浅复制
- String 的一维数组和二维数组复制是否有区别
- 线程安全，还是不安全
- 高效还是低效
System.arraycopy() 的 API ：
public static void arraycopy(
Object src, //源数组
int srcPos, //源数组的起始位置
Object dest, //目标数组
int destPos, //目标数组的起始位置
int length //复制长度
)
System.arraycopy
深复制还是浅复制
我们构建一个User类型源数组，复制后至target数组，比较第一个元素的内存地址，判断结果是相同的，证明为浅复制；后修改target数组数组的第一个元素，发现源数组也变了。
public class SystemArrayCopyTestCase {
public static void main(String[] args) {
User[] users = new User[] {
new User(1, "seven", "aaa@qq.com"),
new User(2, "six", "aaa@qq.com"),
new User(3, "ben", "aaa@qq.com") };// 初始化对象数组
User[] target = new User[users.length];// 新建一个目标对象数组
System.arraycopy(users, 0, target, 0, users.length);// 实现复制
System.out.println("源对象与目标对象的物理地址是否一样：" + (users[0] == target[0] ? "浅复制" : "深复制")); //浅复制
target[0].setEmail("aaa@qq.com");
System.out.println("修改目标对象的属性值后源对象users：");
for (User user : users) {
System.out.println(user);
}
}
}
class User {
private Integer id;
private String username;
private String email;
// 无参构造函数
public User() {
}
// 有参的构造函数
public User(Integer id, String username, String email) {
super();
this.id = id;
this.username = username;
this.email = email;
}
public Integer getId() {
return id;
}
public void setId(Integer id) {
this.id = id;
}
public String getUsername() {
return username;
}
public void setUsername(String username) {
this.username = username;
}
public String getEmail() {
return email;
}
public void setEmail(String email) {
this.email = email;
}
@Override
public String toString() {
return "User [id=" + id + ", username=" + username + ", email=" + email + "]";
}
}
图示：对象复制的图示
所以，得出的结论是，System.arraycopy() 在拷贝数组的时候，采用的使用潜复制，复制结果是一维的引用变量传递给副本的一维数组，修改副本时，会影响原来的数组。
一维数组和多维数组的复制的区别
1.一维数组
构建一维数组作源数组，进行拷贝，产生target数组；然后修改target数组中的后2个元素，发现源数组没变，证明是值拷贝，修改副本不会影响原来的值。
String[] st = {"A","B","C","D","E"};
String[] dt = new String[5];
System.arraycopy(st, 0, dt, 0, 5);
//改变dt的值
dt[3] = "M";
dt[4] = "V";
System.out.println("两个数组地址是否相同：" + (st == dt)); //false
System.out.println("两个元素地址是否相同：" + (st[0] == dt[0])); // true
for(String str : st){
System.out.print(" " + str +" "); // A B C D E
}
System.out.println();
for(String str : dt){
System.out.print(" " + str +" "); // A B C M V
}
注意：JAVA1.6 执行结果，我们发现2个数组不是相同的，但是首个元素相同，原因是在System.arraycopy()进行复制的时候，首先检查了字符串常量池是否存在该字面量，一旦存在，则直接返回对应的内存地址，如不存在，则在内存中开辟空间保存对应的对象。
2.多维数组
构建二维数组作源数组，进行拷贝至目标数组，修改至目标数组的一个元素(这个元素此时是个数组)，发现源数组也变了，说明是二者是相同的引用，而这时改变其中任何一个数组的元素的值，其实都修改了“那些数组”的元素的值，所以原数组和新数组的元素值都一样了。
String[][] s1 = {
{"A1","B1","C1","D1","E1"},
{"A2","B2","C2","D2","E2"},
{"A3","B3","C3","D3","E3"}
};
String[][] s2 = new String[s1.length][s1[0].length];
System.arraycopy(s1, 0, s2, 0, s2.length);
for(int i = 0;i < s1.length ;i++){
for(int j = 0; j< s1[0].length ;j++){
System.out.print(" " + s1[i][j] + " ");
}
System.out.println();
}
// A1 B1 C1 D1 E1
// A2 B2 C2 D2 E2
// A3 B3 C3 D3 E3
s2[0][0] = "V";
s2[0][1] = "X";
s2[0][2] = "Y";
s2[0][3] = "Z";
s2[0][4] = "U";
System.out.println("----修改值后----");
for(int i = 0;i < s1.length ;i++){
for(int j = 0; j< s1[0].length ;j++){
System.out.print(" " + s1[i][j] + " ");
}
System.out.println();
}
// Z Y X Z U
// A2 B2 C2 D2 E2
// A3 B3 C3 D3 E3
线程安全，还是不安全
代码：多线程对数组进行复制 (java中System.arraycopy是线程安全的吗？ )
public class ArrayCopyThreadSafe {
private static int[] arrayOriginal = new int[1024 * 1024 * 10];
private static int[] arraySrc = new int[1024 * 1024 * 10];
private static int[] arrayDist = new int[1024 * 1024 * 10];
private static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
private static void modify() {
for (int i = 0; i < arraySrc.length; i++) {
arraySrc[i] = i + 1;
}
}
private static void copy() {
System.arraycopy(arraySrc, 0, arrayDist, 0, arraySrc.length);
}
private static void init() {
for (int i = 0; i < arraySrc.length; i++) {
arrayOriginal[i] = i;
arraySrc[i] = i;
arrayDist[i] = 0;
}
}
private static void doThreadSafeCheck() throws Exception {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println("run count: " + (i + 1));
init();
Condition condition = lock.newCondition();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
lock.lock();
condition.signalAll();
lock.unlock();
copy();
}
}).start();
lock.lock();
// 这里使用 Condition 来保证拷贝线程先已经运行了.
condition.await();
lock.unlock();
Thread.sleep(2); // 休眠2毫秒, 确保拷贝操作已经执行了, 才执行修改操作.
modify();
if (!Arrays.equals(arrayOriginal, arrayDist)) {
throw new RuntimeException("System.arraycopy is not thread safe");
}
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
doThreadSafeCheck();
}
}
这个例子的具体操作是:
-
arrayOriginal 和 arraySrc 初始化时是相同的, 而 arrayDist 是全为零的.
-
启动一个线程运行 copy() 方法来拷贝 arraySrc 到 arrayDist 中.
-
在主线程执行 modify() 操作, 修改 arraySrc 的内容. 为了确保 copy() 操作先于 modify() 操作, 我使用 Condition, 并且延时了两毫秒, 以此来保证执行拷贝操作(即System.arraycopy) 先于修改操作.
-
根据第三点, 如果 System.arraycopy 是线程安全的, 那么先执行拷贝操作, 再执行修改操作时, 不会影响复制结果, 因此 arrayOriginal 必然等于 arrayDist; 而如果 System.arraycopy 是线程不安全的, 那么 arrayOriginal 不等于 arrayDist.
高效还是低效
for 和System.arraycopy 对比复制数组
当测试数组的范围比较小的时候，两者相差的时间无几，当测试数组的长度达到百万级别，System.arraycopy的速度优势就开始体现了，根据对底层的理解，System.arraycopy是对内存直接进行复制，减少了for循环过程中的寻址时间，从而提高了效能。
Arrays.copyOfRange
java 1.8 复用System.arraycopy，区别在于直接返回一个target数组，不需要指定一个target数组。
public static <T,U> T[] copyOfRange(U[] original, int from, int to, Class<? extends T[]> newType) {
int newLength = to - from;
if (newLength < 0)
throw new IllegalArgumentException(from + " > " + to);
@SuppressWarnings("unchecked")
T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class)
? (T[]) new Object[newLength]
: (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength);
System.arraycopy(original, from, copy, 0,
Math.min(original.length - from, newLength));
return copy;
}
Collections.copy
把源数组拷贝至目标数组，底层用的for循环，效率低。
public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src) {
int srcSize = src.size();
if (srcSize > dest.size())
throw new IndexOutOfBoundsException("Source does not fit in dest");
if (srcSize < COPY_THRESHOLD ||
(src instanceof RandomAccess && dest instanceof RandomAccess)) {
for (int i=0; i<srcSize; i++)
dest.set(i, src.get(i));
} else {
ListIterator<? super T> di=dest.listIterator();
ListIterator<? extends T> si=src.listIterator();
for (int i=0; i<srcSize; i++) {
di.next();
di.set(si.next());
}
}
}
注意：
1.进行集合复制时，一要声明目的集合的元素的个数，并且要等于或者大于源集合的元素的个数。
2.如果不声明或者小于源集合的元素个数，这样就会报错，报下标界的异常（java.lang.IndexOutOfBoundsException）。
原因是for循环外层是源数组，目标数组过小，set方法导致下标越界，因为没有像add方法那样产生自动扩容。
ArrayList.clone
底层也是调用Arrays.copyOf()，而Arrays.copyOf底层复用System.arraycopy
public Object clone() {
try {
ArrayList<?> v = (ArrayList<?>) super.clone();
v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
v.modCount = 0;
return v;
} catch (CloneNotSupportedException e) {
// this shouldn't happen, since we are Cloneable
throw new InternalError(e);
}
}
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