Java基础——CopyOnWriteArrayList源码分析

CopyOnWriteArrayList是什么

1. CopyOnWriteArrayList是List接口的同步实现
2. CopyOnWriteArrayList是基于数组复制的操作，对于增、删、改的操作开销很大
3. CopyOnWriteArrayList使用迭代器遍历不会导致与其他线程发生冲突，依赖于不变的数组快照

public class CopyOnWriteArrayList<E>
    implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {}

1. CopyOnWriteArrayList实现了List接口、底层使用数组保存所有元素，其操作基本上是对数组的操作
2. CopyOnWriteArrayList实现了RandmoAccess接口，即提供了随机访问功能，RandmoAccess是java中用来被List实现，为List提供快速访问功能的，我们可以通过元素的序号快速获取元素对象，这就是快速随机访问
3. CopyOnWriteArrayList实现了Cloneable接口，即覆盖了函数clone()，能被克隆
4. CopyOnWriteArrayList实现了java.io.Serializable接口，意味着ArrayList支持序列化

CopyOnWriteArrayList成员变量

//用于写操作的锁
final transient Object lock = new Object();

//用于保存数组的数组，volatile用于线程的可见性
private transient volatile Object[] elements;

CopyOnWriteArrayList构造方法

CopyOnWriteArrayList一共提供了3个构造方法

1. public CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn)：用指定的数组，复制到当前列表中
2. public CopyOnWriteArrayList(Collection c)：用指定的列表，复制到当前列表中
3. public CopyOnWriteArrayList()：默认构造函数，创建一个空列表

CopyOnWriteArrayList的存储

public boolean add(E e) {
    //1、先加锁
    synchronized (lock) {
        Object[] elements = getArray();
        int len = elements.length;
        //2、拷贝数组，长度为原容器长度加一
        Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
        //3、将元素加入到新数组中
        newElements[len] = e;
        //4、将array引用指向到新数组
        setArray(newElements);
        return true;
    }
}

存储逻辑主要是将原数据拷贝一份新副本，在新副本上做添加操作，最后再将引用切换到新副本上

CopyOnWriteArrayList的删除

public E remove(int index) {
    //1、先加锁
    synchronized (lock) {
        //2、获取当前数组
        Object[] elements = getArray();
        int len = elements.length;
        //3、获取移除的元素
        E oldValue = get(elements, index);
        int numMoved = len - index - 1;
        if (numMoved == 0)
            //4、如果属于最后一个元素，则拷贝len-1的元素到新副本上，并切换引用
            setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
        else {
            //5、如果不是，则将删除元素之外的其他元素拷贝到新副本中，并切换引用
            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;
    }
}

删除逻辑主要是数组的操作，同存储逻辑差不多，都是拷贝新副本后再切换引用的操作

CopyOnWriteArrayList的获取

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

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

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

获取的逻辑主要是数组的快速访问，性能很高，在高并发的情况下，无法保证其他线程对副本的操作后再切换给原数据

在多线程并发的情况下，get操作还是会获取到脏数据

CopyOnWriteArrayList优缺点

1、优点

1. 读操作性能很高，无需同步操作，比较适用于读多写少的并发场景
2. 在迭代器遍历的时候，保证线程是安全的，不会抛出线程不安全的错误异常

2、缺点

1. 内存占用问题，由于写操作的时候，需要拷贝数组，会消耗内存，在原数组较多的情况下，容易导致gc操作
2. 无法保证实时性，不能用于实时读的场景，由于get操作是获取原数据，无法保证其他线程对副本的操作后再切换给原数据

CopyOnWriteArrayList总结

1. 读写分离，适用于读多写少的场景
2. 用拷贝副本的思想来解决并发冲突
3. 无法保证实时性