CopyOnWriteArrayList源码分析

Java

CopyOnWriteArrayList源码简析

在开发中，往往读操作的使用频率会远高于其他操作，而CopyOnWriteArrayList就是一种读操作效率远高于写操作效率的List，一起来看看吧

CopyOnWriteArrayList类图:

image.png

CopyOnWrite思想

CopyOnWrite简称COW，从命名上能出是写入时复制。意思是大家公共访问一个资源，如果有人想要修改这个资源的时候，就需要复制一个副本，去修改这个副本，而对于其他人来说访问的资源还是原来的，不会发生变化。

初始化CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList底层也是数组实现，和集合一样拥有添加、删除、修改和读取操作。其中添加、删除、修改操作时都需要进行加锁，读操作不会加锁。我们这里只分析添加和读取操作区别，删除修改和添加的原理基本没什么区别。
初始化方式如下：

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/**
 * Sets the array.
 */
final void setArray(Object[] a) {
    array = a;
}
/**
* Creates an empty list.
*/ 
public CopyOnWriteArrayList() {
    setArray(new Object[0]);
}

初始化只会创建一个空的数组，并将array指向它。

添加元素

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public boolean add(E e) {
    //获取一个独占锁
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    //加锁
    lock.lock();
    try {
        //获取原来的数组
        Object[] elements = getArray();
        //原数组长度
        int len = elements.length;
        //创建一个长度+1的新数组，并讲原来的数组元素复制给新数组
        Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
        //添加的元素放在数组的尾部
        newElements[len] = e;
        //array指向新数组
        setArray(newElements);
        return true;
    } finally {
        //释放锁
        lock.unlock();
    }
}

添加数组的步骤如下：

  1. 获得独占锁，将添加功能加锁
  2. 获取原来的数组，并得到其长度
  3. 创建一个长度为原来数组长度+1的数组，并拷贝原来的元素给新数组
  4. 追加元素到新数组末尾
  5. 指向新数组
  6. 释放锁

添加这一过程是线程安全的，CopyOnWrite的核心思想就是每次添加修改的时候拷贝一个新的资源去修改，add方法在拷贝新资源的时候会讲数组的容量+1，这样虽然每次添加元素都会浪费一定的空间，单数素组的长度刚好和元素一样的时候，也就一定程度避免了扩容的开销。

获取元素

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final Object[] getArray() {
    return array;
}

private E get(Object[] a, int index) {
    return (E) a[index];
}


public E get(int index) {
    return get(getArray(), index);
}

因读操作天然就是安全的，因此获取元素的方法很简单。只需要根据索引获取相应的元素即可。

总结

CopyOnWriteArrayList都是线程安全的List，底层是数组实现的，而CopyOnWriteArrayList的读操作是不加锁的，而且不需要扩容，通过COW思想就能使数组容量满足要求。实现了RandomAccess接口，支持随机读取，因此更加推荐使用for循环进行遍历。在开发中，读操作会远远多于其他操作，因此使用CopyOnWriteArrayList集合效率更高。