一、介绍
- 并发包中的并发List只有CopyOnWriteArrayList,一个线程安全的ArrayList,修改操作是在底层的一个复制的数组(快照)上进行的(即写时复制策略)
- 每个CopyOnWriteArrayList对象里面有一个array数组对象用来存放具体元素,RenntranLock独占锁对象用来保证同时只有一个线程对array进行修改
二、主要方法源码解析
围绕以下3点分析
- 何时初始化list,初始化元素个数,大小限制:调用构造器时,初始化长度为0,本质上维护一个数组
- 如何保证线程安全,比如多个线程进行读写时如何保证是线程安全的:采用独占锁和写时复制策略,保证了读写的弱一致性
- 如何保证使用迭代器遍历list时的数据一致性:修改操作采用写时复制策略,因此迭代器获取的array是一个快照版本,不会受到其它线程的写操作影响,保证了迭代器的弱一致性
- 初始化
// 无参构造器
public CopyOnWriteArrayList() {
setArray(new Object[0]);
}
// 有参构造器1
public CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn) {
setArray(Arrays.copyOf(toCopyIn, toCopyIn.length, Object[].class));
}
// 有参构造器2
public CopyOnWriteArrayList(Collection<? extends E> c) {
Object[] elements;
if (c.getClass() == CopyOnWriteArrayList.class)
elements = ((CopyOnWriteArrayList<?>)c).getArray();
else {
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);
}
- 添加元素,以add(E e)为例:写时复制策略,保证了读写的弱一致性(需结合get方法理解)
public boolean add(E e) {
// (1)获取独占锁
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
// (2)获取array
Object[] elements = getArray();
// (3)复制array到新的数组,添加元素到新数组
int len = elements.length;
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
newElements[len] = e;
// (4)使用新数组替换添加前的数组
setArray(newElements);
return true;
} finally {
// (5)释放独占锁
lock.unlock();
}
}
- 获取指定位置元素E get(int index):不上锁,这就解释了为什么add要复制一个快照(remove等其他写操作也会复制一个快照)
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];
}
- 修改指定元素
public E set(int index, E element) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
Object[] elements = getArray();
E oldValue = get(elements, index);
if (oldValue != element) {
int len = elements.length;
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len);
newElements[index] = element;
setArray(newElements);
} else {
// Not quite a no-op; ensures volatile write semantics
setArray(elements);
}
return oldValue;
} finally {
lock.unlock();
}
}
- 删除元素:要删谁不复制它就行了
public E remove(int index) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
E oldValue = get(elements, index);
int numMoved = len - index - 1;
// 要删除的是最后一个元素
if (numMoved == 0)
setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
else {
Object[] newElements = new Object[len - 1];
System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index,
numMoved);
setArray(newElements);
}
return oldValue;
} finally {
lock.unlock();
}
}
- 弱一致性的迭代器:同get方法,不上锁
public Iterator<E> iterator() {
return new COWIterator<E>(getArray(), 0);
}
static final class COWIterator<E> implements ListIterator<E> {
// array的快照版本
private final Object[] snapshot;
// 数组下标
private int cursor;
// 构造函数
private COWIterator(Object[] elements, int initialCursor) {
cursor = initialCursor;
snapshot = elements;
}
// 是否遍历结束
public boolean hasNext() {
return cursor < snapshot.length;
}
// 获取元素
public E next() {
if (! hasNext())
throw new NoSuchElementException();
return (E) snapshot[cursor++];
}
...
CopyOnWriteArrayList使用写时复制的策略来保证list的一致性,而获取—修改—写入三步操作并不是原子性的,所以在增删改的过程中都使用了独占锁,来保证在某个时间只有一个线程能对list数组进行修改。另外CopyOnWriteArrayList提供了弱一致性的迭代器,从而保证在获取迭代器后,其他线程对list的修改时不可见的,迭代器遍历的数组时一个快照。另外,CopyOnWriteArraySet的底层就是使用它实现的。