CopyOnWriteArrayList介绍

二、CopyOnWriteArrayList

2.1 CopyOnWriteArrayList介绍

CopyOnWriteArrayList是一个线程安全的ArrayList。

CopyOnWriteArrayList是基于lock锁和数组副本的形式去保证线程安全。

在写数据时，需要先获取lock锁，需要复制一个副本数组，将数据插入到副本数组中，将副本数组赋值给CopyOnWriteArrayList中的array。

因为CopyOnWriteArrayList每次写数据都要构建一个副本，如果你的业务是写多，并且数组中的数据量比较大，尽量避免去使用CopyOnWriteArrayList，因为这里会构建大量的数组副本，比较占用内存资源。

CopyOnWriteArrayList是弱一致性的，写操作先执行，但是副本还有落到CopyOnWriteArrayList的array属性中，此时读操作是无法查询到的。

2.2 核心属性&方法

主要查看2个核心属性，以及2个核心方法，还有无参构造

/** 写操作时，需要先获取到的锁资源，CopyOnWriteArrayList全局唯一的。 */
final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();/** CopyOnWriteArrayList真实存放数据的位置，查询也是查询当前array */
private transient volatile Object[] array;// 获取array属性
final Object[] getArray() {return array;
}// 替换array属性
final void setArray(Object[] a) {array = a;
}/***  默认new的CopyOnWriteArrayList数组长度为0。*  不像ArrayList，初始长度是10，每次扩容1/2, CopyOnWriteArrayList不存在这个概念*  每次写的时候都会构建一个新的数组*/
public CopyOnWriteArrayList() {setArray(new Object[0]);
}

2.3 读操作

CopyOnWriteArrayList的读操作就是get方法，基于数组索引位置获取数据。

方法之所以要差分成两个，是因为CopyOnWriteArrayList中在获取数据时，不单单只有一个array的数组需要获取值，还有副本中数据的值。

// 查询数据时，只能通过get方法查询CopyOnWriteArrayList中的数据
public E get(int index) {// getArray拿到array数组，调用get方法的重载return get(getArray(), index);
}
// 执行get(int)时，内部调用的方法
private E get(Object[] a, int index) {// 直接拿到数组上指定索引位置的值return (E) a[index];
}

2.4 写操作

CopyOnWriteArrayList是基于lock锁和副本数组的形式保证线程安全。

// 写入元素，不指定索引位置，直接放到最后的位置
public boolean add(E e) {// 获取全局锁，并执行lockfinal ReentrantLock lock = this.lock;lock.lock();try {// 获取原数组，还获取了原数组的长度Object[] elements = getArray();int len = elements.length;// 基于原数组复制一份副本数组，并且长度比原来多了一个Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);// 将添加的数据放到副本数组最后一个位置newElements[len] = e;// 将副本数组，赋值给CopyOnWriteArrayList的原数组setArray(newElements);// 添加成功，返回truereturn true;} finally {// 释放锁~lock.unlock();}
}// 写入元素，指定索引位置。（不会覆盖数据）
public void add(int index, E element) {// 拿锁，加锁~final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lock();try {// 获取原数组，还获取了原数组的长度Object[] elements = getArray();int len = elements.length;// 如果索引位置大于原数组的长度，或者索引位置是小于0的。if (index > len || index < 0)throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+", Size: "+len);// 声明了副本数组Object[] newElements;// 原数组长度 - 索引位置等到numMovedint numMoved = len - index;// 如果numMoved为0，说明数据要放到最后面的位置if (numMoved == 0)// 直接走了原生态的方式，正常复制一份副本数组newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);else {// 数组要插入的位置不是最后一个位置// 副本数组长度依然是原长度 + 1newElements = new Object[len + 1];// 将原数组从0索引位置开始复制，复制到副本数组中的前置位置System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);// 将原数组从index位置开始复制，复制到副本数组的index + 1往后放。// 这时，index就空缺出来了。System.arraycopy(elements, index, newElements, index + 1,numMoved);}// 数据正常放到指定的索引位置newElements[index] = element;// 将副本数组，赋值给CopyOnWriteArrayList的原数组setArray(newElements);} finally {// 释放锁lock.unlock();}
}

2.5 移除数据

关于remove操作，要分析两个方法

  • 基于索引位置移除指定数据

  • 基于具体元素删除数组中最靠前的数据

    • 当前这种方式，嵌套了一层，导致如果元素存在话，成本是比较高的。
    • 如果元素不存在，这种设计不需要加锁，提升写的效率
// 删除指定索引位置的数据
public E remove(int index) {// 拿锁，加锁final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lock();try {// 获取原数组和原数组长度Object[] elements = getArray();int len = elements.length;// 通过get方法拿到index位置的数据E oldValue = get(elements, index);// 声明numMovedint numMoved = len - index - 1;// 如果numMoved为0，说明删除的元素是最后的位置if (numMoved == 0)// Arrays.copyOf复制一份新的副本数组，并且将最后一个数据不要了// 基于setArray将副本数组赋值给array原数组setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));else {// 删除的元素不在最后面的位置// 声明副本数组，长度是原数组长度 - 1Object[] newElements = new Object[len - 1];// 从0开始复制的index前面System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);// 从index后面复制到最后System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index,numMoved);setArray(newElements);}// 返回被干掉的数据return oldValue;} finally {// 释放锁lock.unlock();}
}// 删除元素（最前面的）
public boolean remove(Object o) {// 没加锁！！！！// 获取原数组Object[] snapshot = getArray();// 用indexOf获取元素在数组的哪个索引位置// 没找到的话，返回-1int index = indexOf(o, snapshot, 0, snapshot.length);// 如果index < 0,说明元素没找到，直接返回false，告辞// 如果找到了元素的位置，直接执行remove方法的重载return (index < 0) ? false : remove(o, snapshot, index);
}
// 执行remove(Object o)，找到元素位置时，执行当前方法
private boolean remove(Object o, Object[] snapshot, int index) {// 拿锁，加锁final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lock();try {// 拿到原数组和长度Object[] current = getArray();int len = current.length;// findIndex: 是给if起标识，break 标识的时候，直接跳出if的代码块~~if (snapshot != current) findIndex: {// 如果没进到if，说明数组没变化，按照原来的index位置删除即可// 进到这，说明数组有变化，之前的索引位置不一定对// 拿到index位置和原数组长度的值int prefix = Math.min(index, len);// 循环判断，数组变更后，是否影响到了要删除元素的位置for (int i = 0; i < prefix; i++) {// 如果不相等，说明元素变化了。// 同时判断变化的元素是否是我要删除的元素oif (current[i] != snapshot[i] && eq(o, current[i])) {// 如果满足条件，说明当前位置就是我要删除的元素index = i;break findIndex;}}// 如果for循环结束，没有退出if，说明元素可能变化了，总之没找到要删除的元素// 如果删除元素的位置，已经大于等于数组长度了。if (index >= len)// 超过索引范围了，没法删除了。return false;// 索引还在范围内，判断是否是还是原位置，如果是，直接跳出if代码块if (current[index] == o)break findIndex;// 重新找元素在数组中的位置index = indexOf(o, current, index, len);// 找到直接跳出if代码块// 没找到。执行下面的return falseif (index < 0)return false;}// 删除套路，构建新数组，复制index前的，复制index后的Object[] newElements = new Object[len - 1];System.arraycopy(current, 0, newElements, 0, index);System.arraycopy(current, index + 1,newElements, index,len - index - 1);// 复制到arraysetArray(newElements);// 返回true，删除成功return true;} finally {lock.unlock();}
}

2.6 覆盖数据&清空集合

覆盖数据就是set方法，可以将指定位置的数据替换

// 覆盖数据
public E set(int index, E element) {// 拿锁，加锁final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lock();try {// 获取原数组Object[] elements = getArray();// 获取原数组的原位置数据E oldValue = get(elements, index);// 原数据和新数据不一样if (oldValue != element) {// 拿到原数据的长度，复制一份副本。int len = elements.length;Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len);// 将element替换掉副本数组中的数据newElements[index] = element;// 写回原数组setArray(newElements);} else {// 原数据和新数据一样，啥不干，把拿出来的数组再写回去setArray(elements);}// 返回原值return oldValue;} finally {// 释放锁lock.unlock();}
}

清空就是清空了~~~

public void clear() {// 加锁final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lock();try {// 扔一个长度为0的数组setArray(new Object[0]);} finally {lock.unlock();}
}

2.7 迭代器

用ArrayList时，如果想在遍历的过程中去移除或者修改元素，必须使用迭代器才可以。

但是CopyOnWriteArrayList这哥们即便用了迭代器也不让做写操作

不让在迭代时做写操作是因为不希望迭代操作时，会影响到写操作，还有，不希望迭代时，还需要加锁。

// 获取遍历CopyOnWriteArrayList的iterator。
public Iterator<E> iterator() {// 其实就是new了一个COWIterator对象，并且获取了array，指定从0开始遍历return new COWIterator<E>(getArray(), 0);
}static final class COWIterator<E> implements ListIterator<E> {/** 遍历的快照 */private final Object[] snapshot;/** 游标，索引~~~ */private int cursor;// 有参构造private COWIterator(Object[] elements, int initialCursor) {cursor = initialCursor;snapshot = elements;}// 有没有下一个元素，基于遍历的索引位置和数组长度查看public boolean hasNext() {return cursor < snapshot.length;}// 有没有上一个元素public boolean hasPrevious() {return cursor > 0;}// 获取下一个值，游标动一下public E next() {// 确保下个位置有数据if (! hasNext())throw new NoSuchElementException();return (E) snapshot[cursor++];}// 获取上一个值，游标往上移动public E previous() {if (! hasPrevious())throw new NoSuchElementException();return (E) snapshot[--cursor];}// 拿到下一个值的索引，返回游标public int nextIndex() {return cursor;}// 拿到上一个值的索引，返回游标public int previousIndex() {return cursor-1;}// 写操作全面禁止！！public void remove() {throw new UnsupportedOperationException();}public void set(E e) {throw new UnsupportedOperationException();}public void add(E e) {throw new UnsupportedOperationException();}// 兼容函数式编程@Overridepublic void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) {Objects.requireNonNull(action);Object[] elements = snapshot;final int size = elements.length;for (int i = cursor; i < size; i++) {@SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) elements[i];action.accept(e);}cursor = size;}
}

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