簡介

CopyOnWriteArrayList是ArrayList的線程安全版本，內部也是通過數組實現，每次對數組的修改都完全拷貝一份新的數組來修改，修改完了再替換掉老數組，這樣保證了只阻塞寫操作，不阻塞讀操作，實現讀寫分離。

繼承體系

CopyOnWriteArrayList實現了List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable等接口。

CopyOnWriteArrayList實現了List，提供了基礎的添加、刪除、遍歷等操作。

CopyOnWriteArrayList實現了RandomAccess，提供了隨機訪問的能力。

CopyOnWriteArrayList實現了Cloneable，可以被克隆。

CopyOnWriteArrayList實現了Serializable，可以被序列化。

源碼解析

屬性

/** 用于修改時加鎖 */ final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();/** 真正存儲元素的地方，只能通過getArray()/setArray()訪問 */ private transient volatile Object[] array;

（1）lock

用于修改時加鎖，使用transient修飾表示不自動序列化。

（2）array

真正存儲元素的地方，使用transient修飾表示不自動序列化，使用volatile修飾表示一個線程對這個字段的修改另外一個線程立即可見。

問題：為啥沒有size字段？且聽后續分解。

CopyOnWriteArrayList()構造方法

創建空數組。

public CopyOnWriteArrayList() {// 所有對array的操作都是通過setArray()和getArray()進行setArray(new Object[0]); }final void setArray(Object[] a) {array = a; }

CopyOnWriteArrayList(Collection<? extends E> c)構造方法

如果c是CopyOnWriteArrayList類型，直接把它的數組賦值給當前list的數組，注意這里是淺拷貝，兩個集合共用同一個數組。

如果c不是CopyOnWriteArrayList類型，則進行拷貝把c的元素全部拷貝到當前list的數組中。

public CopyOnWriteArrayList(Collection<? extends E> c) {Object[] elements;if (c.getClass() == CopyOnWriteArrayList.class)// 如果c也是CopyOnWriteArrayList類型// 那么直接把它的數組拿過來使用elements = ((CopyOnWriteArrayList<?>)c).getArray();else {// 否則調用其toArray()方法將集合元素轉化為數組elements = c.toArray();// 這里c.toArray()返回的不一定是Object[]類型// 詳細原因見ArrayList里面的分析if (elements.getClass() != Object[].class)elements = Arrays.copyOf(elements, elements.length, Object[].class);}setArray(elements); }

CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn)構造方法

把toCopyIn的元素拷貝給當前list的數組。

public CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn) {setArray(Arrays.copyOf(toCopyIn, toCopyIn.length, Object[].class)); }

add(E e)方法

添加一個元素到末尾。

public boolean add(E e) {final ReentrantLock lock = this.lock;// 加鎖lock.lock();try {// 獲取舊數組Object[] elements = getArray();int len = elements.length;// 將舊數組元素拷貝到新數組中// 新數組大小是舊數組大小加1Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);// 將元素放在最后一位newElements[len] = e;setArray(newElements);return true;} finally {// 釋放鎖lock.unlock();} }

（1）加鎖；

（2）獲取元素數組；

（3）新建一個數組，大小為原數組長度加1，并把原數組元素拷貝到新數組；

（4）把新添加的元素放到新數組的末尾；

（5）把新數組賦值給當前對象的array屬性，覆蓋原數組；

（6）解鎖；

add(int index, E element)方法

添加一個元素在指定索引處。

public void add(int index, E element) {final ReentrantLock lock = this.lock;// 加鎖lock.lock();try {// 獲取舊數組Object[] elements = getArray();int len = elements.length;// 檢查是否越界, 可以等于lenif (index > len || index < 0)throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+", Size: "+len);Object[] newElements;int numMoved = len - index;if (numMoved == 0)// 如果插入的位置是最后一位// 那么拷貝一個n+1的數組, 其前n個元素與舊數組一致newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);else {// 如果插入的位置不是最后一位// 那么新建一個n+1的數組newElements = new Object[len + 1];// 拷貝舊數組前index的元素到新數組中System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);// 將index及其之后的元素往后挪一位拷貝到新數組中// 這樣正好index位置是空出來的System.arraycopy(elements, index, newElements, index + 1,numMoved);}// 將元素放置在index處newElements[index] = element;setArray(newElements);} finally {// 釋放鎖lock.unlock();} }

（1）加鎖；

（2）檢查索引是否合法，如果不合法拋出IndexOutOfBoundsException異常，注意這里index等于len也是合法的；

（3）如果索引等于數組長度（也就是數組最后一位再加1），那就拷貝一個len+1的數組；

（4）如果索引不等于數組長度，那就新建一個len+1的數組，并按索引位置分成兩部分，索引之前（不包含）的部分拷貝到新數組索引之前（不包含）的部分，索引之后（包含）的位置拷貝到新數組索引之后（不包含）的位置，索引所在位置留空；

（5）把索引位置賦值為待添加的元素；

（6）把新數組賦值給當前對象的array屬性，覆蓋原數組；

（7）解鎖；

addIfAbsent(E e)方法

添加一個元素如果這個元素不存在于集合中。

public boolean addIfAbsent(E e) {// 獲取元素數組, 取名為快照Object[] snapshot = getArray();// 檢查如果元素不存在,直接返回false// 如果存在再調用addIfAbsent()方法添加元素return indexOf(e, snapshot, 0, snapshot.length) >= 0 ? false :addIfAbsent(e, snapshot); }private boolean addIfAbsent(E e, Object[] snapshot) {final ReentrantLock lock = this.lock;// 加鎖lock.lock();try {// 重新獲取舊數組Object[] current = getArray();int len = current.length;// 如果快照與剛獲取的數組不一致// 說明有修改if (snapshot != current) {// 重新檢查元素是否在剛獲取的數組里int common = Math.min(snapshot.length, len);for (int i = 0; i < common; i++)// 到這個方法里面了, 說明元素不在快照里面if (current[i] != snapshot[i] && eq(e, current[i]))return false;if (indexOf(e, current, common, len) >= 0)return false;}// 拷貝一份n+1的數組Object[] newElements = Arrays.copyOf(current, len + 1);// 將元素放在最后一位newElements[len] = e;setArray(newElements);return true;} finally {// 釋放鎖lock.unlock();} }

（1）檢查這個元素是否存在于數組快照中；

（2）如果存在直接返回false，如果不存在調用addIfAbsent(E e, Object[] snapshot)處理;

（3）加鎖；

（4）如果當前數組不等于傳入的快照，說明有修改，檢查待添加的元素是否存在于當前數組中，如果存在直接返回false;

（5）拷貝一個新數組，長度等于原數組長度加1，并把原數組元素拷貝到新數組中；

（6）把新元素添加到數組最后一位；

（7）把新數組賦值給當前對象的array屬性，覆蓋原數組；

（8）解鎖；

get(int index)

獲取指定索引的元素，支持隨機訪問，時間復雜度為O(1)。

public E get(int index) {// 獲取元素不需要加鎖// 直接返回index位置的元素// 這里是沒有做越界檢查的, 因為數組本身會做越界檢查return get(getArray(), index); }final Object[] getArray() {return array; }private E get(Object[] a, int index) {return (E) a[index]; }

（1）獲取元素數組；

（2）返回數組指定索引位置的元素；

remove(int index)方法

刪除指定索引位置的元素。

public E remove(int index) {final ReentrantLock lock = this.lock;// 加鎖lock.lock();try {// 獲取舊數組Object[] elements = getArray();int len = elements.length;E oldValue = get(elements, index);int numMoved = len - index - 1;if (numMoved == 0)// 如果移除的是最后一位// 那么直接拷貝一份n-1的新數組, 最后一位就自動刪除了setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));else {// 如果移除的不是最后一位// 那么新建一個n-1的新數組Object[] newElements = new Object[len - 1];// 將前index的元素拷貝到新數組中System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);// 將index后面(不包含)的元素往前挪一位// 這樣正好把index位置覆蓋掉了, 相當于刪除了System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index,numMoved);setArray(newElements);}return oldValue;} finally {// 釋放鎖lock.unlock();} }

（1）加鎖；

（2）獲取指定索引位置元素的舊值；

（3）如果移除的是最后一位元素，則把原數組的前len-1個元素拷貝到新數組中，并把新數組賦值給當前對象的數組屬性；

（4）如果移除的不是最后一位元素，則新建一個len-1長度的數組，并把原數組除了指定索引位置的元素全部拷貝到新數組中，并把新數組賦值給當前對象的數組屬性；

（5）解鎖并返回舊值；

size()方法

返回數組的長度。

public int size() {// 獲取元素個數不需要加鎖// 直接返回數組的長度return getArray().length; }

總結

（1）CopyOnWriteArrayList使用ReentrantLock重入鎖加鎖，保證線程安全；

（2）CopyOnWriteArrayList的寫操作都要先拷貝一份新數組，在新數組中做修改，修改完了再用新數組替換老數組，所以空間復雜度是O(n)，性能比較低下；

（3）CopyOnWriteArrayList的讀操作支持隨機訪問，時間復雜度為O(1)；

（4）CopyOnWriteArrayList采用讀寫分離的思想，讀操作不加鎖，寫操作加鎖，且寫操作占用較大內存空間，所以適用于讀多寫少的場合；

（5）CopyOnWriteArrayList只保證最終一致性，不保證實時一致性；

彩蛋

為什么CopyOnWriteArrayList沒有size屬性？

因為每次修改都是拷貝一份正好可以存儲目標個數元素的數組，所以不需要size屬性了，數組的長度就是集合的大小，而不像ArrayList數組的長度實際是要大于集合的大小的。

比如，add(E e)操作，先拷貝一份n+1個元素的數組，再把新元素放到新數組的最后一位，這時新數組的長度為len+1了，也就是集合的size了。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的copyof java_死磕 java集合之CopyOnWriteArrayList源码分析的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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