Java中的拷贝数组CopyOnWriteArrayList详解
作者：Brain_L
CopyOnWriteArrayList详解
ArrayList和LinkedList都不是线程安全的，如果需要线程安全的List，可以使用Collections.synchronizedList来生成一个同步list，但是这个同步list的方法都是通过synchronized修饰来保证同步的，并发性能不高。那么如何提高并发性能呢？比如某些场景下，对List的读操作远多于写操作，那么CopyOnWriteArrayList就派上用场了。
1、属性
/** The lock protecting all mutators */ final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); /** The array, accessed only via getArray/setArray. */ private transient volatile Object[] array;
lock是用来在写操作时加锁使用的，具体使用下面方法部分再看。
数组array是CopyOnWriteArrayList的核心部分了，所有的元素都存放在这个数组中。为了保证可见性，所以被volatile修饰着。
2、方法
final Object[] getArray() {
return array;
}
final void setArray(Object[] a) {
array = a;
}
public CopyOnWriteArrayList() {
setArray(new Object[0]);
}
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);
}
public CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn) {
setArray(Arrays.copyOf(toCopyIn, toCopyIn.length, Object[].class));
}三个构造函数都是为了给array数组赋值，生成初始数组。
下面看下它的几个关键方法：get、add、remove
private E get(Object[] a, int index) {
return (E) a[index];
}
/**
* {@inheritDoc}
*
* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
*/
public E get(int index) {
return get(getArray(), index);
}get比较简单，就是直接取数组索引处的元素。注意get方法没有加锁。
public boolean add(E e) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
//1、加锁
lock.lock();
try {
//2、取原数组
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
//3、拷贝生成新数组
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
//4、新元素加到数组最后一位
newElements[len] = e;
//5、数组替换
setArray(newElements);
return true;
} finally {
//6、释放锁
lock.unlock();
}
}add方法，上来就先加锁，然后取出原数组后拷贝生成了一个新的数组，注意，此时原有的array数组没有变，get访问时还是跟之前一样。当把新的数组替换掉array后，由于是volatile修饰的，get访问时就会访问添加过元素的新数组。这样就保证了读写同时进行时，读不需要加锁依然不会有并发问题。最后释放锁后，别的写操作获得锁，再次进行替换操作，这样保证写操作与写操作之间不会有并发问题。
public E remove(int index) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
//1、获取锁
lock.lock();
try {
//2、取原数组
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
E oldValue = get(elements, index);
int numMoved = len - index - 1;
//3、如果被删除元素是数组最后一位，直接截取len-1的新数组
if (numMoved == 0)
setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
//4、否则，分段拷贝生成新数组
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 {
//5、释放锁
lock.unlock();
}
}remove与add同理，也是先获取锁，同时生成新的数组之后再把原有的数组进行替换。
3、总结
- 所有的元素均存储到数组中
- 写操作(add/set/remove等)会改变数组结构，采用新生成一个数组然后进行替换的做法，保证了在此期间原数组可以正常访问。同时操作之前需要先获取锁，避免写操作之间产生并发问题。
- 读操作由于不需要改变数组结构，且写操作时，对原有的数组不进行修改，此时仍可正常读取。写操作将新数组进行替换后，由于数组被volatile修饰，保证了可见性，此时也可正正常读取。所以读操作不需要加锁。
- 因为每次写操作都会带来数组拷贝，所以当读操作远大于写操作时，才可考虑使用此容器。
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