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Java?CopyOnWriteArrayList源碼超詳細分析

 更新時間:2022年11月05日 10:22:48   作者:OlaiolaiO  
為了將讀取的性能發(fā)揮到極致,jdk中提供了CopyOnWriteArrayList類,下面這篇文章主要給大家介紹了關于java中CopyOnWriteArrayList源碼解析的相關資料,文中通過實例代碼介紹的非常詳細,需要的朋友可以參考下

一、概述

CopyOnWriteArrayList是基于寫時復制技術實現(xiàn)的,適用于讀多寫少場景下的線程安全的并發(fā)容器。讀操作永遠不會加鎖,讀讀、讀寫都不會沖突,只有寫寫需要等待。寫操作時,為了不影響其它線程的讀取,它會進行一次自我復制,待數(shù)據(jù)寫入完成后再替換array數(shù)組。array數(shù)組是被volatile修飾的,它被修改后可以被其他線程立刻發(fā)現(xiàn)。

public class copyOnwriteArrayList<E>
implements List<E>,RandomAccess,Cloneable,java.io.Serializable {
//加鎖: ReentrantLock
final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock( ) ;
// volatile:保證可見性
private transient volatile object[ ] array;
//獲取數(shù)組
final object[] getArray() ireturn array ;
}
//存入數(shù)組
final void setArray(object[ ] a) iarray = a;
}
//無參構造方法:初始化數(shù)組,容量為日public CopyOnwriteArrayList( ) i
setArray( new object[e]);
}
//有參構造方法:傳入集合
public CopyOnwriteArrayList(collection< ? extends E> c) {
object[] elements;
//判斷傳入的集合是否是CopyOnwriteArrayList類型if (c.getclass() == copyonwriteArrayList.class)
//獲取數(shù)組
elements = ((copyOnwriteArrayList<?>)c).getArray();else i
//將集合轉為數(shù)組
elements = c.toArray();
// c.toArray might (incorrectly) not return object[] (see 6260652)1/判斷數(shù)組是否是object[]
if (elements.getclass() i= object[].class)
//復制數(shù)組
elements = Arrays.copyof(elements,elements.length,object[ ].c1
}
setArray(elements) ;
}
setArray(elements ) ;
}

二、類圖

  • 實現(xiàn)了RandomAccess接口,代表它支持快速隨機訪問,因為它底層數(shù)據(jù)結構是數(shù)組,支持通過下標快速訪問;
  • 實現(xiàn)了Cloneable接口,代表它支持克隆,使用的是淺拷貝模式;
  • 實現(xiàn)了List接口,代表它是一個有序的列表容器,支持迭代遍歷等操作。

三、核心方法

1.add()

向容器中添加元素時,需要競爭鎖,同一時刻最多只有一個線程可以操作。因為是寫時復制,寫入數(shù)據(jù)時不應該影響其他線程的讀取,因此不會直接在array數(shù)組上操作,而是拷貝一個新的數(shù)組,元素設置完成后再覆蓋舊數(shù)組。

public boolean add(E e) {
	final ReentrantLock lock = this.lock;
	lock.lock();
	try {
		Object[] elements = getArray();
		int len = elements.length;
		// 拷貝一個長度+1的數(shù)組,將元素放到末尾
		Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
        // 填充要追加的元素e
		newElements[len] = e;
        // 覆蓋舊數(shù)組
		setArray(newElements);
		return true;
	} finally {
		lock.unlock();
	}
}

2.set()

set方法用來給指定下標設置值,同時會返回舊值。它也是一個寫入操作,因此也需要競爭到鎖才能執(zhí)行。為了不影響其它線程讀取,它會拷貝一個同樣長度的新數(shù)組,然后做數(shù)據(jù)拷貝,在新數(shù)組上完成新值的設置,最終再寫回array。

public E set(int index, E element) {
	final ReentrantLock lock = this.lock;
	lock.lock();
	try {
		Object[] elements = getArray();
		// 先獲取舊元素
		E oldValue = get(elements, index);
		if (oldValue != element) {
			int len = elements.length;
			// 拷貝一個一樣的數(shù)組,替換下標元素,并寫入array
			Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len);
			newElements[index] = element;
			setArray(newElements);
		} else {
			// 即使元素沒有變化,也要寫入array,確保volatile的寫語義
			// Not quite a no-op; ensures volatile write semantics
			setArray(elements);
		}
		return oldValue;
	} finally {
		lock.unlock();
	}
}

3.remove()

remove也是寫操作,只有競爭到鎖的線程才能執(zhí)行。它先是取出對應下標的舊元素,然后新建了一個原數(shù)組長度減1的新數(shù)組,完成數(shù)據(jù)拷貝后,再寫回array,整個過程依然不影響其它線程讀。

public E remove(int index) {
	final ReentrantLock lock = this.lock;
	lock.lock();
	try {
		Object[] elements = getArray();
		int len = elements.length;
		// 要移除的舊元素
		E oldValue = get(elements, index);
		int numMoved = len - index - 1;
		if (numMoved == 0)
			// 刪除的是最后一個元素,直接拷貝一個長度-1的數(shù)組寫回array即可
			setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
		else {
			// 刪除的是中間元素,拷貝一個長度-1的數(shù)組
			Object[] newElements = new Object[len - 1];
			// 拷貝前半段元素
			System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
			// 拷貝后半段元素
			System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index,
					numMoved);
			// 寫回array
			setArray(newElements);
		}
		return oldValue;
	} finally {
		lock.unlock();
	}
}

4.get()

通過下標獲取元素,直接從array數(shù)組中取。因為是寫時復制的,可能在訪問時已經(jīng)有新的元素加入,或者有元素被刪除,這是會存在延遲的,不是實時的,這是它的一個缺點。

public E get(int index) {
    // getArray()獲取的就是array
    return get(getArray(), index);
}
private E get(Object[] a, int index) {
    return (E) a[index];
}

5.size()

獲取元素的數(shù)量直接取數(shù)組的長度即可。因為CopyOnWriteArrayList的數(shù)組是不可變數(shù)組,它始終是一個被填充滿的數(shù)組對象,沒有擴容的操作,因此也沒有必要像ArrayList一樣,額外使用一個int size來記錄數(shù)量。

public int size() {
    return getArray().length;
}

四、總結

CopyOnWriteArrayList 具有以下特性:

  • 在保證并發(fā)讀取的前提下,確保了寫入時的線程安全;
  • 由于每次寫入操作時,進行了Copy復制原數(shù)組,所以無需擴容;
  • 適合讀多寫少的應用場景。由于 add() 、 set() 、 remove() 等修改操作需要復制整 個數(shù)組,所以會有內(nèi)存開銷大的問題;
  • CopyOnWriteArrayList 由于只在寫入時加鎖,所以只能保證數(shù)據(jù)的最終一致性,不能 保證數(shù)據(jù)的實時一致性。

到此這篇關于Java CopyOnWriteArrayList源碼超詳細分析的文章就介紹到這了,更多相關Java CopyOnWriteArrayList內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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