CopyOnWriteArrayList源码阅读流程

发布时间：2023-03-13 13:50:29 所属栏目：教程来源：

导读：简介
ArrayList是开发中使用比较多的集合，它不是线程安全的，copyOnWriteArrayList就是线程安全版本的ArrayList。copyOnWriteArrayList同样是通过数组实现，这个类的名字叫“copyOnWrite ”，它是在写入

简介
ArrayList是开发中使用比较多的集合，它不是线程安全的，copyOnWriteArrayList就是线程安全版本的ArrayList。copyOnWriteArrayList同样是通过数组实现，这个类的名字叫“copyOnWrite ”，它是在写入的时候拷贝数组，对副本进行操作。

原理
copyOnWriteArrayList采用了一种读写分离的并发策略。copyOnWriteArrayList容器允许并发读，读操作是无锁的，性能较高。至于写操作，比如向容器中添加一个元素，则首先将当前容器复制一份，然后在新副本上执行写操作，结束之后再将原容器的引用指向新容器。

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

实现了List，提供了基础的添加、删除、遍历等操作。

实现了RandomAccess，提供了随机访问的能力。

实现了Cloneable，可以被克隆。

实现了Serializable，可以被序列化。

源码分析
属性
//可重入锁，保证线程安全
final transient reentrantlock lock = new reentrantlock();

//存放数据元素的数组，只能通过get/set方法访问
private transient volatile Object[] array;
final Object[] getArray() {
return array;
}

final void setArray(Object[] a) {
array = a;
}
lock：用于修改时加锁，使用transient修饰表示不自动序列化。
array:被使用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。

构造方法
无参构造方法：创建一个空数组
public copyOnWriteArrayList() {
setArray(new Object[0]);
}
有参构造方法，参数为集合
public copyOnWriteArrayList(Collection<? extends E> c) {
Object[] elements;
// 如果c也是copyOnWriteArrayList类型
// 那么直接把它的数组拿过来使用
if (c.getClass() == copyOnWriteArrayList.class)
elements = ((copyOnWriteArrayList<?>)c).getArray();
else {
//否则，先转换为数组
elements = c.toArray();
// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
// 检查c.toArray()返回的是不是Object[]类型，如果不是，重新拷贝成Object[].class类型
if (elements.getClass() != Object[].class)
elements = Arrays.copyOf(elements,elements.length,Object[].class);
}
setArray(elements);
}
有参构造方法，参数为数组
//把tocopyIn的元素拷贝给当前list的数组。
public copyOnWriteArrayList(E[] tocopyIn) {
setArray(Arrays.copyOf(tocopyIn,tocopyIn.length,Object[].class));
}

add(E e)
添加一个元素到末尾

public boolean add(E e) {
//获取锁
final reentrantlock lock = this.lock;
//加锁
lock.lock();
try {
//旧数组
Object[] elements = getArray();
//获取旧数组长度
int len = elements.length;
//拷贝旧数组的值到新数组
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements,len + 1);
//将插入的元素放到最后
newElements[len] = e;
//存放元素数组置为新数组
setArray(newElements);
return true;
} finally {
//释放锁
lock.unlock();
}
}

public void add(int index,E element) {
//获取锁
final reentrantlock lock = this.lock;
//加锁
lock.lock();
try {
//旧数组
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
//判断下标是否越界
if (index > len || index < 0)
throw new indexoutofboundsexception("Index: "+index+
",Size: "+len);
//新数组
Object[] newElements;
int numMoved = len - index;
if (numMoved == 0)
// 如果插入的位置是最后一位
// 那么拷贝一个n+1的数组,其前n个元素与旧数组一致
newElements = Arrays.copyOf(elements,len + 1);
else {
// 如果插入的位置不是最后一位
// 那么新建一个n+1的数组
newElements = new Object[len + 1];
//拷贝旧数组[0,……index-1]下标的元素
System.arraycopy(elements,newElements,index);
//拷贝旧数组的其余元素到新数组[index+1，……length+1]，刚好空出了index下标位置
System.arraycopy(elements,index,index + 1,numMoved);
}
//将插入的元素放到index下标位置
newElements[index] = element;
//给array赋值
setArray(newElements);
} finally {
//释放锁
lock.unlock();
}
}

在上面添加元素的操作中，都进行了加锁的操作
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
把新数组赋值给当前对象的array属性，覆盖原数组

remove(int index)
根据下标位置移除数据元素：

public E remove(int index) {
//获取锁
final reentrantlock lock = this.lock;
//加锁
lock.lock();
try {
//旧数组
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
E oldValue = get(elements,index);
int numMoved = len - index - 1;
if (numMoved == 0)
// 如果移除的是最后一位
// 那么直接拷贝一份n-1的新数组,最后一位就自动删除了
setArray(Arrays.copyOf(elements,len - 1));
else {
// 如果移除的不是最后一位
// 那么新建一个n-1的新数组
Object[] newElements = new Object[len - 1];
// 将前index个元素拷贝到新数组中
System.arraycopy(elements,index);
// 将index后面(不包含)的元素往前挪一位
// 这样正好把index位置覆盖掉了,相当于删除了
System.arraycopy(elements,numMoved);
setArray(newElements);
}
return oldValue;
} finally {
//释放锁
lock.unlock();
}
}
删除操作：删除操作同理，将除要删除元素之外的其他元素拷贝到新副本中，然后切换引用，将原容器引用指向新副本。同属写操作，需要加锁。

get(int index)
public E get(int index) {
return get(getArray(),index);
}

final Object[] getArray() {
return array;
}

private E get(Object[] a,int index) {
return (E) a[index];
}
获取操作:获取操作属于读操作，直接通过数组下标获取数据元素，没有加锁，所以保证了性能。

size()
public int size() {
//返回数组长度
return getArray().length;
}
和ArrayList不同，查看ArrayList源码阅读笔记，可以发现ArrayList中是有size属性的，这是因为ArrayList数组的长度实际是要大于集合的大小的。copyOnWriteArrayList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，直接返回数组长度即可。

总结
copyOnWriteArrayList使用reentrantlock重入锁加锁，保证线程安全；

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)，性能相对低下；

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

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；

copyOnWriteArrayList只保证最终一致性，不保证实时一致性；

（编辑：驾考网）

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