【死磕 Java 集合】--- CopyOnWriteArrayList 源码分析

Java技术驿站

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2019-07-01 05:25

简介

CopyOnWriteArrayList是ArrayList的线程安全版本,内部也是通过数组实现,每次对数组的修改都完全拷贝一份新的数组来修改,修改完了再替换掉老数组,这样保证了只阻塞写操作,不阻塞读操作,实现读写分离。

继承体系
1.png

CopyOnWriteArrayList实现了List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable等接口。

CopyOnWriteArrayList实现了List,提供了基础的添加、删除、遍历等操作。

CopyOnWriteArrayList实现了RandomAccess,提供了随机访问的能力。

CopyOnWriteArrayList实现了Cloneable,可以被克隆。

CopyOnWriteArrayList实现了Serializable,可以被序列化。

源码解析

属性

2.png

(1)lock

用于修改时加锁,使用transient修饰表示不自动序列化。

(2)array

真正存储元素的地方,使用transient修饰表示不自动序列化,使用volatile修饰表示一个线程对这个字段的修改另外一个线程立即可见。

问题:为啥没有size字段?且听后续分解。

CopyOnWriteArrayList()构造方法

创建空数组。

3.png

CopyOnWriteArrayList(Collection c)构造方法

如果c是CopyOnWriteArrayList类型,直接把它的数组赋值给当前list的数组,注意这里是浅拷贝,两个集合共用同一个数组。

如果c不是CopyOnWriteArrayList类型,则进行拷贝把c的元素全部拷贝到当前list的数组中。

4.png

CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn)构造方法

把toCopyIn的元素拷贝给当前list的数组。

5.png

add(E e)方法

添加一个元素到末尾。

6.png

(1)加锁;

(2)获取元素数组;

(3)新建一个数组,大小为原数组长度加1,并把原数组元素拷贝到新数组;

(4)把新添加的元素放到新数组的末尾;

(5)把新数组赋值给当前对象的array属性,覆盖原数组;

(6)解锁;

add(int index, E element)方法

添加一个元素在指定索引处。

7.png

(1)加锁;

(2)检查索引是否合法,如果不合法抛出IndexOutOfBoundsException异常,注意这里index等于len也是合法的;

(3)如果索引等于数组长度(也就是数组最后一位再加1),那就拷贝一个len+1的数组;

(4)如果索引不等于数组长度,那就新建一个len+1的数组,并按索引位置分成两部分,索引之前(不包含)的部分拷贝到新数组索引之前(不包含)的部分,索引之后(包含)的位置拷贝到新数组索引之后(不包含)的位置,索引所在位置留空;

(5)把索引位置赋值为待添加的元素;

(6)把新数组赋值给当前对象的array属性,覆盖原数组;

(7)解锁;

addIfAbsent(E e)方法

添加一个元素如果这个元素不存在于集合中。

8.png

(1)检查这个元素是否存在于数组快照中;

(2)如果存在直接返回false,如果不存在调用addIfAbsent(E e, Object[] snapshot)处理;

(3)加锁;

(4)如果当前数组不等于传入的快照,说明有修改,检查待添加的元素是否存在于当前数组中,如果存在直接返回false;

(5)拷贝一个新数组,长度等于原数组长度加1,并把原数组元素拷贝到新数组中;

(6)把新元素添加到数组最后一位;

(7)把新数组赋值给当前对象的array属性,覆盖原数组;

(8)解锁;

get(int index)

获取指定索引的元素,支持随机访问,时间复杂度为O(1)。

9.png

(1)获取元素数组;

(2)返回数组指定索引位置的元素;

remove(int index)方法

删除指定索引位置的元素。

10.png(1)加锁;

(2)获取指定索引位置元素的旧值;

(3)如果移除的是最后一位元素,则把原数组的前len-1个元素拷贝到新数组中,并把新数组赋值给当前对象的数组属性;

(4)如果移除的不是最后一位元素,则新建一个len-1长度的数组,并把原数组除了指定索引位置的元素全部拷贝到新数组中,并把新数组赋值给当前对象的数组属性;

(5)解锁并返回旧值;

size()方法

返回数组的长度。

  1. public int size() {

  2. // 获取元素个数不需要加锁

  3. // 直接返回数组的长度

  4. return getArray().length;

  5. }

总结

(1)CopyOnWriteArrayList使用ReentrantLock重入锁加锁,保证线程安全;

(2)CopyOnWriteArrayList的写操作都要先拷贝一份新数组,在新数组中做修改,修改完了再用新数组替换老数组,所以空间复杂度是O(n),性能比较低下;

(3)CopyOnWriteArrayList的读操作支持随机访问,时间复杂度为O(1);

(4)CopyOnWriteArrayList采用读写分离的思想,读操作不加锁,写操作加锁,且写操作占用较大内存空间,所以适用于读多写少的场合;

(5)CopyOnWriteArrayList只保证最终一致性,不保证实时一致性;

彩蛋

为什么CopyOnWriteArrayList没有size属性?

因为每次修改都是拷贝一份正好可以存储目标个数元素的数组,所以不需要size属性了,数组的长度就是集合的大小,而不像ArrayList数组的长度实际是要大于集合的大小的。

比如,add(E e)操作,先拷贝一份n+1个元素的数组,再把新元素放到新数组的最后一位,这时新数组的长度为len+1了,也就是集合的size了。

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