CopyOnWriteArrayList 解读

一、 核心思想：

CopyOnWriteArrayList的核心思想是利用高并发往往是读多写少的特性，对读操作不加锁，对写操作，先复制一份新的集合，在新的集合上面修改，然后将新集合赋值给旧的引用，并通过volatile 保证其可见性，当然写操作的锁是必不可少的了。

二、类图预览：

 方法基本分为CopyOnWriteArrayList、indexOf、contains、get、set、add、remove、addIfAbsent和iterator几类：

1、CopyOnWriteArrayList  构造方法：

基本使用Arrays.copyOf 方法，将参数的集合类设置到array属性上。

2、indexOf方法：

 简单的通过循环，对比找到所在的位置，核心代码：

1. for (int
2. if
3. return

 

值得注意有两点，一是支持NULL对象、二是lastIndexOf从后面往前，提高性能

3、 contains方法：

该方法使用indexOf方法，避免代码重复。containsAll方法也是简单的循环判断是否包含单个元素。

4、get方法：

直接返回对应下标元素

5、set方法：

1. public E set(int
2. final ReentrantLock lock = this.lock;  
3.       lock.lock();  
4. try
5.           Object[] elements = getArray();  
6.           E oldValue = get(elements, index);  
7.   
8. if
9. int
10.               Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len);  
11.               newElements[index] = element;  
12.               setArray(newElements);  
13. else
14. // Not quite a no-op; ensures volatile write semantics
15.               setArray(elements);  
16.           }  
17. return
18. finally
19.           lock.unlock();  
20.       }  
21.   }

 

可以看到该法使用ReentrantLock锁， Arrays.copyOf创建一个新的数组是核心思想体现，oldValue != element这个判断更是尽可能的提高性能的努力。

addAllAbsent 方法里面有没有使用，以及那句注释（Not quite a no-op; ensures volatile write semantics），有几封邮件讨论这个问题。

大意是说：为了确保 voliatile 的语义，任何一个读操作都应该是写操作的结构，所以尽管写操作没有改变数据，还是调用set方法，当然这仅仅是语义的说明，去掉也是可以的。而对于 addIfAbsent方法为什么没有使用set方法，那是因为该方法本身的语义就是写或者不写，不写故不需要保持语义。

参考如下：

 

http://cs.oswego.edu/pipermail/concurrency-interest/2010-February/006886.html

http://cs.oswego.edu/pipermail/concurrency-interest/2010-February/006887.html

http://cs.oswego.edu/pipermail/concurrency-interest/2010-February/006888.html

http://en.usenet.digipedia.org/thread/13652/1242/

 

6、add方法：

1. public boolean
2. final ReentrantLock lock = this.lock;  
3.        lock.lock();  
4. try
5.            Object[] elements = getArray();  
6. int
7. 1);  
8.            newElements[len] = e;  
9.            setArray(newElements);  
10. return true;  
11. finally
12.            lock.unlock();  
13.        }  
14.    }

 

 同样很简单，遵循，使用锁，Arrays.copyOf copy新数组、新增一个元素、set回去步骤。

另外一个重载的指定位置add元素的核心代码如下：

 

1. newElements = new Object[len + 1];  
2. System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);  
3. System.arraycopy(elements, index, newElements, index + 1,  numMoved);

主要使用System.arraycopy方法copy到一个新的数组

 

 7、remove方法：

1. public E remove(int
2. final ReentrantLock lock = this.lock;  
3.         lock.lock();  
4. try
5.             Object[] elements = getArray();  
6. int
7.             E oldValue = get(elements, index);  
8. int numMoved = len - index - 1;  
9. if (numMoved == 0)  
10. 1));  
11. else
12. new Object[len - 1];  
13. 0, newElements, 0, index);  
14. 1, newElements, index,  
15.                                  numMoved);  
16.                 setArray(newElements);  
17.             }  
18. return
19. finally
20.             lock.unlock();  
21.         }  
22.     }

 

同样很简单，使用 System.arraycopy、Arrays.copyOf移动元素

移除指定元素方法的核心代码：通过双重循环，比较移动。

1. for (int i = 0; i < newlen; ++i) {  
2. if
3. // found one;  copy remaining and exit
4. for (int k = i + 1; k < len; ++k)  
5. 1] = elements[k];  
6.        setArray(newElements);  
7. return true;  
8. else
9.        newElements[i] = elements[i];

内方法核心代码：

1. for (int i = 0; i < len; ++i) {  
2.     Object element = elements[i];  
3. if
4.         temp[newlen++] = element;  
5. }  
6. if
7.     setArray(Arrays.copyOf(temp, newlen));  
8. return true;  
9. }

8、addIfAbsent  方法：

1. public boolean
2. final ReentrantLock lock = this.lock;  
3.        lock.lock();  
4. try
5. // Copy while checking if already present.
6. // This wins in the most common case where it is not present
7.            Object[] elements = getArray();  
8. int
9. new Object[len + 1];  
10. for (int i = 0; i < len; ++i) {  
11. if
12. return false; // exit, throwing away copy
13. else
14.                    newElements[i] = elements[i];  
15.            }  
16.            newElements[len] = e;  
17.            setArray(newElements);  
18. return true;  
19. finally
20.            lock.unlock();  
21.        }  
22.    }

 

这里可以看到没有又相同的元素之间return了，没有调用set方法；

9、retainAll 方法：

1. Object[] temp = new
2. for (int i = 0; i < len; ++i) {  
3.     Object element = elements[i];  
4. if
5.         temp[newlen++] = element;  
6. }

基本是removeAll的翻版，只是 if (c.contains(element)) 这个是否定罢了。

10、writeObject、readObject方法：

1. private void
2. throws
3.        s.defaultWriteObject();  
4.        Object[] elements = getArray();  
5. // Write out array length
6.        s.writeInt(elements.length);  
7. // Write out all elements in the proper order.
8. for
9.            s.writeObject(element);  
10.    }  
11.   
12. private void
13. throws
14.        s.defaultReadObject();  
15. // bind to new lock
16.        resetLock();  
17. // Read in array length and allocate array
18. int
19. new
20.   
21. // Read in all elements in the proper order.
22. for (int i = 0; i < len; i++)  
23.            elements[i] = s.readObject();  
24.        setArray(elements);  
25.    }

 

transient关键字通过实现这两个方法。将快照序列化

11、iterator  方法：

 

1. public void
2. throw new
3.         }

 

针对iterator使用了一个叫COWIterator的阉割版迭代器，因为不支持写操作 ，如上面add、set、remove都会跑出异常，当获取CopyOnWriteArrayList的迭代器时，是将迭代器里的数据引用指向当前引用指向的数据对象，无论未来发生什么写操作，都不会再更改迭代器里的数据对象引用，所以迭代器也很安全。

 

 

综上：

 

在CopyOnWriteArrayList里处理写操作（包括add、remove、set等）是先将原始的数据通过Arrays.copyof()来生成一份新的数组，然后在新的数据对象上进行写，写完后再将原来的引用指向到当前这个数据对象，并且加锁。

 

读操作是在引用的当前对象上进行读（包括get，iterator等），不存在加锁和阻塞。

 

因为每次使用CopyOnWriteArrayList.add都要引起数组拷贝， 所以应该避免在循环中使用CopyOnWriteArrayList.add。可以在初始化完成后设置到CopyOnWriteArrayList中，或者使用CopyOnWriteArrayList.addAll方法

 

 

CopyOnWriteArrayList采用“写入时复制”策略，对容器的写操作将导致的容器中基本数组的复制，性能开销较大。所以在有写操作的情况下，CopyOnWriteArrayList性能不佳，而且如果容器容量较大的话容易造成溢出。