Java技术——CopyOnWriteArrayList源码解析

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我是靠谱客的博主无奈小鸽子，这篇文章主要介绍Java技术——CopyOnWriteArrayList源码解析，现在分享给大家，希望可以做个参考。

0. 前言

CopyOnWriteArrayList是一个线程安全，读操作时无锁，但是写操作有锁的ArrayList。是读写分离思想的体现。

实现原理是当某个线程要修改List中的元素时，会把列表中的元素Copy一份，然后在新数组中对元素进行修改，最后把新元素赋值给原来的List的。这样就可以实现读操作不需要加锁。

JDK1.5开始Java并发包提供了CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet。这种机制的核心就是使读写分离，使并发场景下以读为主的操作性能更高，但显然占用的空间翻了一倍，是一种空间换时间的策略。

1. CopyOnWriteArrayList源码

1.1 CopyOnWriteArrayList初始化

从下面源码中可以看出CopyOnWriteArrayList会创建一个元素数为0的数组，而ArrayList中则是默认为10。

底层数据结构array对象数组很明显被volatile关键字修饰，保证内存可见性。

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//创建方法
List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>();
//相关源码
//底层数据结构
private volatile transient Object[] array;
final Object[] getArray() {
return array;
}
final void setArray(Object[] a) {
array = a;
}
//创建了一个个数为0的数组
public CopyOnWriteArrayList() {
setArray(new Object[0]);
}

1.2 CopyOnWriteArrayList的add操作

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public boolean add(E e) {
finalReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();//上锁
try {
Object[]elements = getArray();//获取当前的数组
intlen = elements.length;
Object[]newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
newElements[len]= e;//将新元素置于新数组的末尾
setArray(newElements);//将newElements设置为全局array
returntrue;
}finally {
lock.unlock();//解锁
}
}

根据以上代码可知，CopyOnWriteArrayList每增加一个新元素，都要进行一次数组的复制消耗，所以是一种空间换时间的策略，而且add操作进行了加锁（否则多线程下写操作会出错），并且是对新的数组进行修改，remove操作也一样。所以在多线程操作时不会出现java.util.ConcurrentModificationException错误。

1.3 CopyOnWriteArrayList的get操作

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

从源码可以看出，CopyOnWriteArrayList的读操作没有上锁。因为array数组是volatile修饰的，也就是当你对volatile进行写操作后，会将写过后的array数组强制刷新到主内存，从而在读操作getArray()时会强制从主内存将array读出来。

1.4 CopyOnWriteArrayList的remove操作

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public boolean remove(Object o) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
Object[] elements = getArray();//获取原数组
int len = elements.length;//获取原数组长度
if (len != 0) {
int newlen = len - 1;//新数组长度为原数组长度-1
Object[] newElements = new Object[newlen];//创建新数组
for (int i = 0; i < newlen; ++i) {//遍历新数组
if (eq(o, elements[i])) {
// 将旧数组中将被删除元素之后的元素复制到新数组中
for (int k = i + 1; k< len; ++k)
newElements[k - 1]= elements[k];
setArray(newElements);//将新数组赋给全局array
return true;
} else
newElements[i] =elements[i];//将旧数组中将被删除元素之前的元素复制到新数组中
}
if (eq(o, elements[newlen])) {//将要删除的元素时旧数组中的最后一个元素
setArray(newElements);
return true;
}
}
return false;
}finally {
lock.unlock();
}
}

大致流程是上锁后，新建一个比原数组长度-1的新数组，遍历旧数组把除了要删除元素的其他所有元素赋值到新数组中。最后将这个新数组设置给原来的array。这里有个小的点，ArrayList的remove使用了System.arraycopy，而这里却没有使用这个方法，所以理论上这里的remove的性能要比ArrayList低。