H5W3
当前位置:H5W3 > java > 正文

【Java】通俗易懂的CopyOnWriteArrayList源码剖析

通俗易懂的CopyOnWriteArrayList源码剖析

小强大人发布于 4 分钟前

前言

众所皆知,ArrayList是线程不安全的,它的所有方法都没有加锁,那么有没有线程安全并且性能高的类呢?那就是CopyOnWriteArrayList

实现原理

首先来看它的关键数据结构:

/** The lock protecting all mutators */
final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
/** The array, accessed only via getArray/setArray. */
private transient volatile Object[] array;

可以看到,底层和ArrayList一样,用数组来保存元素,但它多了把独占锁lock,来保证线程安全。
下面直接进入主题,看看它的add()方法如何实现的:

public boolean add(E e) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
newElements[len] = e;
setArray(newElements);
return true; } finally {
lock.unlock();
}
}

代码逻辑很清晰明了:
第一步,获取数组的排他锁
第二步,获取数组元素和长度n,拷贝一个n+1长度的新数组
第三步,把待添加的元素e放在最后一个位置
第四步,覆盖旧的数组,返回true表示添加成功
第五步,释放锁
简而言之,它的实现思路就跟它的命名一样,CopyOnWrite,“写时复制”,添加元素的时候,先复制数组,添加完成后覆盖掉旧的数组,这些步骤是在加锁的环境完成的,也就是说这个过程中不会有其他线程同时也在写数组,这就保证了写操作的线程安全。

再来看set()方法:

public E set(int index, E element) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
Object[] elements = getArray();
E oldValue = get(elements, index);
// 如果新值与旧值不同,则拷贝一个新数组,并在index处设置新值
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
// 新值与旧值相同,为了保证volatile语义,也覆盖下数组,即使内容相同。
setArray(elements);
}
return oldValue;
} finally {
lock.unlock();
}
}

再来看remove()方法

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;
// 如果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];
// 分两步复制
System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index,
numMoved);
setArray(newElements);
}
return oldValue;
} finally {
lock.unlock();
}
}

再来看get()方法:

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];
}

可以看到,它的get方法分为2步,先获取数组,再获取index位置的元素,这2步都是没有加锁的?为什么不需要加锁呢?
上面提到,add()是先拷贝原数组,然后在拷贝的数组上操作的,在setArray()之前对原数组并没有影响,因此读的时候不需要加锁。虽然不需要加锁,但会出现数据弱一致性问题,下图说明

线程A 线程B
a = getArray()
remove(a, index)
get(a, index)

【Java】通俗易懂的CopyOnWriteArrayList源码剖析

在A线程获取了数组(a=array)后,还没有来得及获取index位置的元素a[index],线程B删除了index位置的元素,并将array引用指向新的数组(array=newArray),但是由于线程A用的是栈区的数组引用a,它引用的还是删除元素前的数组,因此它还是会访问到index这个被删除的元素,因此说会有数据的弱一致性问题,但不会抛异常。
由此可以看出,CopyOnWriteArrayList适合用在读多写少的场景,性能会比Vector快,因为Vector的所有方法都加了锁,包括读。

java
阅读 5发布于 4 分钟前
本作品系原创,采用《署名-非商业性使用-禁止演绎 4.0 国际》许可协议
avatar

小强大人
1 声望
0 粉丝

0 条评论
得票时间

avatar

小强大人
1 声望
0 粉丝

宣传栏

前言

众所皆知,ArrayList是线程不安全的,它的所有方法都没有加锁,那么有没有线程安全并且性能高的类呢?那就是CopyOnWriteArrayList

实现原理

首先来看它的关键数据结构:

/** The lock protecting all mutators */
final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
/** The array, accessed only via getArray/setArray. */
private transient volatile Object[] array;

可以看到,底层和ArrayList一样,用数组来保存元素,但它多了把独占锁lock,来保证线程安全。
下面直接进入主题,看看它的add()方法如何实现的:

public boolean add(E e) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
newElements[len] = e;
setArray(newElements);
return true; } finally {
lock.unlock();
}
}

代码逻辑很清晰明了:
第一步,获取数组的排他锁
第二步,获取数组元素和长度n,拷贝一个n+1长度的新数组
第三步,把待添加的元素e放在最后一个位置
第四步,覆盖旧的数组,返回true表示添加成功
第五步,释放锁
简而言之,它的实现思路就跟它的命名一样,CopyOnWrite,“写时复制”,添加元素的时候,先复制数组,添加完成后覆盖掉旧的数组,这些步骤是在加锁的环境完成的,也就是说这个过程中不会有其他线程同时也在写数组,这就保证了写操作的线程安全。

再来看set()方法:

public E set(int index, E element) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
Object[] elements = getArray();
E oldValue = get(elements, index);
// 如果新值与旧值不同,则拷贝一个新数组,并在index处设置新值
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
// 新值与旧值相同,为了保证volatile语义,也覆盖下数组,即使内容相同。
setArray(elements);
}
return oldValue;
} finally {
lock.unlock();
}
}

再来看remove()方法

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;
// 如果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];
// 分两步复制
System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index,
numMoved);
setArray(newElements);
}
return oldValue;
} finally {
lock.unlock();
}
}

再来看get()方法:

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];
}

可以看到,它的get方法分为2步,先获取数组,再获取index位置的元素,这2步都是没有加锁的?为什么不需要加锁呢?
上面提到,add()是先拷贝原数组,然后在拷贝的数组上操作的,在setArray()之前对原数组并没有影响,因此读的时候不需要加锁。虽然不需要加锁,但会出现数据弱一致性问题,下图说明

线程A 线程B
a = getArray()
remove(a, index)
get(a, index)

【Java】通俗易懂的CopyOnWriteArrayList源码剖析

在A线程获取了数组(a=array)后,还没有来得及获取index位置的元素a[index],线程B删除了index位置的元素,并将array引用指向新的数组(array=newArray),但是由于线程A用的是栈区的数组引用a,它引用的还是删除元素前的数组,因此它还是会访问到index这个被删除的元素,因此说会有数据的弱一致性问题,但不会抛异常。
由此可以看出,CopyOnWriteArrayList适合用在读多写少的场景,性能会比Vector快,因为Vector的所有方法都加了锁,包括读。

本文地址:H5W3 » 【Java】通俗易懂的CopyOnWriteArrayList源码剖析

评论 0

  • 昵称 (必填)
  • 邮箱 (必填)
  • 网址