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CopyOnWriteArrayList源码分析

静水楼台
 静水楼台
发布于 2017/04/13 12:42
字数 1354
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版本说明:jdk1.7.0_79

类声明

public class CopyOnWriteArrayList<E>
    implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

 

属性

/** The lock protecting all mutators */
    /** 重入锁*/
    transient final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    /** The array, accessed only via getArray/setArray. */
    /** 数组,只能通过getArray/setArray访问*/
    private volatile transient Object[] array;

 

构造器

/**
     * 构造器(构造一个空的数组)
     */
    public CopyOnWriteArrayList() {
        setArray(new Object[0]);
    }

    /**
     * 构造器(使用指定的容器来创建,按照原容器中元素的顺序)。
     */
    public CopyOnWriteArrayList(Collection<? extends E> c) {
        Object[] 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);
    }

    /**
     * 构造器(创建给定数组的拷贝)
     */
    public CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn) {
        setArray(Arrays.copyOf(toCopyIn, toCopyIn.length, Object[].class));
    }

CopyOnWriteArrayList在创建时,并没有默认容量,这点跟其它容器不同。

 

add和remove方法

public boolean add(E e) {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        //使用重入锁加锁
        lock.lock();
        try {
            //现有的元素数组
            Object[] elements = getArray();
            int len = elements.length;
            //创建新数组,并扩容1,用现有数组元素来填充(末尾为空)
            Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
            //将当前元素添加到数组尾部
            newElements[len] = e;
            
            setArray(newElements);
            return true;
        } finally {
        	//释放锁
            lock.unlock();
        }
    }

    public boolean remove(Object o) {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            Object[] elements = getArray();
            int len = elements.length;
            if (len != 0) {
                // Copy while searching for element to remove
                // This wins in the normal case of element being present
                int newlen = len - 1;//新数组长度比原来少1
                //构建新数组
                Object[] newElements = new Object[newlen];

                //遍历查找现有数组【不包含末位元素】
                for (int i = 0; i < newlen; ++i) {
                	//若存在
                    if (eq(o, elements[i])) {
                        // found one;  copy remaining and exit
                    	//将待删除元素o的后续所有元素拷贝到新数组中【拷贝o后面所有元素】
                        for (int k = i + 1; k < len; ++k)
                            newElements[k-1] = elements[k];
                        
                        setArray(newElements);
                        return true;
                    } else
                    	//当前不是要找的目标元素o,顺便将元素拷贝到新数组中【多次循环累计的这个操作相当于拷贝目标元素之前位置的所有元素】
                    	//【由此说明,即使不存在目标元素,依然要做拷贝现有数组的操作】
                        newElements[i] = elements[i];
                }

                // special handling for last cell
                //【末位元素单独处理】
                //如果末位元素是目标元素。此时,该拷贝的元素都已拷贝到新数组中,直接setArray(newElements)
                if (eq(o, elements[newlen])) {
                    setArray(newElements);
                    return true;
                }
                //如果末位元素仍然不是目标元素,说明不存在目标元素。
                //因为没有setArray(newElements),所以原数组依旧是原数组。
                
            }
            
            //现有元素数组为空,直接返回false
            return false;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

CopyOnWriteArrayList是JDK5中添加的新的容器,除此之外,还有CopyOnWriteArraySet、ConcurrentHahshMap和ConcurrentLinkedQueue等,它们都是无锁容器。

所谓无锁,就是不需要使用对象内置锁(synchronized)或显示加锁(Lock),而是抛弃锁机制而使用其它一些策略来保证线程安全。

这些无锁容器背后的通用策略是:对容器的修改可以与读取操作同时发生,只要读取者只能看完成修改的结果即可。修改是在容器数据结构的某个部分的一个单独的副本(有时是整个数据结构的副本)上执行的,并且这个副本在修改过程中是不可视的。只有当修改完成时,被修改的结构才会自动地与主数据结构进行交换,之后读取者就可以看到这个修改了。——来自《java编程思想》p755

 

总结

1.CopyOnWriteArrayList的工作原理?

CopyOnWriteArrayList在做修改操作时,每次都是重新创建一个新的数组,在新数组上操作,最终再将新数组替换掉原数组。因此,在做修改操作时,仍可以做读取操作,读取直接操作的原数组。读和写操作的对象都不同,因此读操作和写操作互不干扰。只有写与写之间需要进行同步等待。另外,原数组被声明为volatile,这就保证了,一旦数组发生变化,则结果对其它线程(读线程和其它写线程)是可见的

2.CopyOnWriteArrayList适合的应用场景?

正是由于每次修改都会创建新数组,内存中都要同时存有原数组和新数组,同时也要将元素拷贝到新数组中,内存开销大,所以CopyOnWriteArrayList只适合于读多写少的场景。

比如某些系统级别的信息,往往只是需要加载或者修改很少的次数,但是会被系统内所有模块频繁的访问,对于这种场景,我们最希望看到的就是读操作尽可能地快,而写即使慢一些也没太大关系。

3.CopyOnWriteArrayList能否像ArrayList一样支持fail-fast?

CopyOnWriteArrayList并不支持fail-fast机制,请参考CopyOnWriteArrayList不使用fail-fast机制。所以它的好处之一是当多个迭代器同时遍历和修改这个列表时,不会抛出ConcurrentModificationException,因此也不必编写特殊的代码去防范这种异常。

 

4.CopyOnWriteArrayList的扩容

 

CopyOnWriteArrayList并不像ArrayList一样指定默认的初始容量。它也没有自动扩容的机制,而是添加几个元素,长度就相应的增长多少。

CopyOnWriteArrayList适用于读多写少,既然是写的情况少,则不需要频繁扩容。并且修改操作每次在生成新的数组时就指定了新的容量,也就相当于扩容了,所以不需要额外的机制来实现扩容。

 

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