通俗易懂的 JUC 源码剖析-Copy On Write Array List
SegmentFault
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2021-01-29 16:21
作者：小强大人
来源：SegmentFault 思否社区
前言
实现原理
/** The lock protecting all mutators */
final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
/** The array, accessed only via getArray/setArray. */
private transient volatile Object[] array;
下面直接进入主题，看看它的add()方法如何实现的：
public boolean add(E e) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
newElements[len] = e;
setArray(newElements);
return true; } finally {
lock.unlock();
}
}
第一步，获取数组的排他锁
第二步，获取数组元素和长度n，拷贝一个n+1长度的新数组
第三步，把待添加的元素e放在最后一个位置
第四步，覆盖旧的数组，返回true表示添加成功
第五步，释放锁
简而言之，它的实现思路就跟它的命名一样，CopyOnWrite，“写时复制”，添加元素的时候，先复制数组，添加完成后覆盖掉旧的数组，这些步骤是在加锁的环境完成的，也就是说这个过程中不会有其他线程同时也在写数组，这就保证了写操作的线程安全。
public E set(int index, E element) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
Object[] elements = getArray();
E oldValue = get(elements, index);
// 如果新值与旧值不同，则拷贝一个新数组，并在index处设置新值
if (oldValue != element) {
int len = elements.length;
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len);
newElements[index] = element;
setArray(newElements);
} else {
// Not quite a no-op; ensures volatile write semantics
// 新值与旧值相同，为了保证volatile语义，也覆盖下数组，即使内容相同。
setArray(elements);
}
return oldValue;
} finally {
lock.unlock();
}
}
public E remove(int index) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
E oldValue = get(elements, index);
int numMoved = len - index - 1;
// 如果删除的是最后一个元素
if (numMoved == 0)
setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
else {
Object[] newElements = new Object[len - 1];
// 分两步复制
System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index,
numMoved);
setArray(newElements);
}
return oldValue;
} finally {
lock.unlock();
}
}
public E get(int index) {
return get(getArray(), index);
}
final Object[] getArray() {
return array;
}
private E get(Object[] a, int index) {
return (E) a[index];
}
上面提到，add()是先拷贝原数组，然后在拷贝的数组上操作的，在setArray()之前对原数组并没有影响，因此读的时候不需要加锁。虽然不需要加锁，但会出现数据弱一致性问题,下图说明
它的迭代器iterator也是有这种弱一致性的特性，迭代对象是数组的快照，迭代过程中，如果其他线程修改了数组，对迭代器来说是不可见的。
代码如下：
public Iteratoriterator() {
return new COWIterator(getArray(), 0);
}
// COW = Copy On Write
static final class COWIteratorimplements ListIterator {
/** Snapshot of the array */
// 数组元素的一份快照
private final Object[] snapshot;
/** Index of element to be returned by subsequent call to next. */
// 当前迭代的位置-光标
private int cursor;
private COWIterator(Object[] elements, int initialCursor) {
cursor = initialCursor;
snapshot = elements;
}
public boolean hasNext() {
return cursor < snapshot.length;
}
public boolean hasPrevious() {
return cursor > 0;
}
@SuppressWarnings("unchecked")
public E next() {
if (! hasNext())
throw new NoSuchElementException();
return (E) snapshot[cursor++];
}
}
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