Java并发编程与技术内幕:CopyOnWriteArrayList、CopyOnWriteArraySet源码解析

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摘要：本文主要讲了Java中CopyOnWriteArrayList 、CopyOnWriteArraySet的源码分析

一、CopyOnWriteArrayList源码分析

CopyOnWriteArrayList在java的并发场景中用得其实并不是非常多，因为它并不能完全保证读取数据的正确性。其主要有以下的一些特点：
1、适合场景读多写少
2、不能保证读取数据一定是正确 的，因为get时是不加锁的
3、add、remove会加锁再来操作

下面来看看源码：
包含的数据结构

public class CopyOnWriteArrayList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {/** 重入锁*/transient final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();/** 真正存放数据的结构*/private volatile transient Object[] array;

其实它的数据结构非常简单，就是一个数组和一个重入锁。

构造函数有三个：

/*** 构造函数,创建一个空数组*/public CopyOnWriteArrayList() {setArray(new Object[0]);}/*** 构造函数,从集合中来初始化列表*/public CopyOnWriteArrayList(Collection<? extends E> c) {Object[] elements = c.toArray();if (elements.getClass() != Object[].class)elements = Arrays.copyOf(elements, elements.length, Object[].class);//将elements数组内容都转换成Object类型setArray(elements);}/*** 构造函数,从数组来初始化列表*/public CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn) {setArray(Arrays.copyOf(toCopyIn, toCopyIn.length, Object[].class));//注意，都向上转型为Object类型}

主要方法：

1、add时加锁

public boolean add(E e) {final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lock();//取得锁try {   Object[] elements = getArray();   int len = elements.length;   Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);//将当前elements复制到一个长度加1的数组中   newElements[len] = e;//设置最后一个元素为e   setArray(newElements);//设置当前元素数组，在这里如果执行get时就有可能会出错   return true;} finally {   lock.unlock();//释放锁}

这里在注意这个方法：

addIfAbsent这个方法CopyOnWriteArraySet会用到（其实CopyOnWriteArraySet就是封装了一个CopyOnWriteArrayList，下文会说到）

 //如果已存在就不放入 public boolean addIfAbsent(E e) {final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lock();//取得锁try {    Object[] elements = getArray();    int len = elements.length;    Object[] newElements = new Object[len + 1];    for (int i = 0; i < len; ++i) { //一个一个元素取出来进行对比if (eq(e, elements[i]))    return false; // 跳出,list中已存在此元素else    newElements[i] = elements[i]; //一个一个拷贝到新数组    }    newElements[len] = e;    setArray(newElements);//设置新数组    return true;//加入成功} finally {    lock.unlock();//释放锁}    }

2、删除时在加锁
删除方法一

public E remove(int index) {final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lock();//取得锁try {   Object[] elements = getArray();   int len = elements.length;   Object oldValue = elements[index];//查到要删除的元素   int numMoved = len - index - 1;   if (numMoved == 0)//删除的刚好是最后一个元素     setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));//直接一次拷贝就可以完成   else {     Object[] newElements = new Object[len - 1];     System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);//前半部分拷贝     System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index,numMoved);//后半部分拷贝     setArray(newElements);//重新设置数组   }   return (E)oldValue;//返回删除的元素} finally {   lock.unlock();//释放锁}}

删除方法二

    public boolean remove(Object o) {final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lock();try {    Object[] elements = getArray();    int len = elements.length;    if (len != 0) {int newlen = len - 1;Object[] newElements = new Object[newlen];//设置新数组大小for (int i = 0; i < newlen; ++i) {    if (eq(o, elements[i])) {// found one;  copy remaining and exitfor (int k = i + 1; k < len; ++k)//找到一个，那么把后面的依次循环拷贝到新数组就完成此次操作newElements[k-1] = elements[k];setArray(newElements);//设置新数组return true;    } elsenewElements[i] = elements[i];//没有找到相等的元素}if (eq(o, elements[newlen])) {//判断是后一个是否相等    setArray(newElements);//设置新数组    return true;}    }    return false;//如果到这里，表明不包含这个元素，原数组的内容不做改变} finally {    lock.unlock();}    }

3、get时不加锁

public E get(int index) {return (E)(getArray()[index]);//直接取得数组对应的索引上的数据就返回了，这里在取得有可能原数组在取完成后就发生改变}final Object[] getArray() {return array;}

4、contains时不加锁

public boolean contains(Object o) {Object[] elements = getArray();return indexOf(o, elements, 0, elements.length) >= 0;}private static int indexOf(Object o, Object[] elements,int index, int fence) {if (o == null) {for (int i = index; i < fence; i++)if (elements[i] == null)return i;} else {for (int i = index; i < fence; i++)if (o.equals(elements[i]))return i;}return -1;}

二、CopyOnWriteArraySet源码分析

CopyOnWriteArraySet的原理场景和CopyOnWriteArrayList一样，只不过是不能有重复的元素放入，它里面包含一个CopyOnWriteArrayList，真正调用的方法都 是CopyOnWriteArrayList的方法

数据结构：

public class CopyOnWriteArraySet<E> extends AbstractSet<E> implements java.io.Serializable {private static final long serialVersionUID = 5457747651344034263L;private final CopyOnWriteArrayList<E> al; //只包含有一个CopyOnWriteArrayList。。}

可以看到就只有一个CopyOnWriteArrayList一个成员变量

其主要方法：

1、add方法

public boolean add(E e) {return al.addIfAbsent(e); //调用CopyOnWriteArrayList的addIfAbsent方法，如果数据重复返回false，不加入}

2、remove方法

public boolean remove(Object o) {return al.remove(o); //调用CopyOnWriteArrayList 的remove方法}

3、CopyOnWriteArraySet没有get方法，只能通过Iterator来依次取

public Iterator<E> iterator() {return al.iterator();//调用CopyOnWriteArrayList的iterator（）方法}

而CopyOnWriteArrayList的iterator（）方法如下：

public Iterator<E> iterator() {return new COWIterator<E>(getArray(), 0);}

其中COWIterator是CopyOnWriteArrayList的一个内部类，其主要数据结构如下：

private static class COWIterator<E> implements ListIterator<E> {//数组private final Object[] snapshot;//当前指针指向数组地址private int cursor;private COWIterator(Object[] elements, int initialCursor) {cursor = initialCursor;snapshot = elements;}。。。。。}