并发集合4-CopyOnWriteArrayList源码分析

前言

ArrayList的线程安全的版本,由名称可以看出这个集合的特点就是:在写时复制数组,读无锁的的ArrayList。 元素可以为null

定义


实现了List、RandomAccess、Cloneable、java.io.Serializable接口

重要的字段


使用ReentrantLock来保证线程安全,而不是synchronized同步方法;
array缓存数组只可以通过getArray(),setArray(Object[] a)来访问,而且是volatile修饰的,保证线程可见性,与ArrayList不同

构造器

无参构造方法,需要注意的是,ArrayList的无参构造器内是将一个空数组赋给缓冲数组,使用的是延迟初始化,只有在第一次调用add方法时才会去创建一个默认长度为10的数组,并把引用赋给缓冲数组;而CopyOnWriteArrayList是直接在构造器内创建一个长度为0的Object对象数组,并没有采取延迟初始化。


集合构造器

外部缓存数组构造器,将构造器内的参数数组作为CopyOnWriteArrayList内部的缓冲数组

add方法

add到尾部


可见在每一次add方法都将复制一遍数组,并创建一个长度+1的新数组,然后将新添加的元素放入到数组的最后,然后更新缓存数组的引用。

add到指定位置(随机访问API)


当添加的位置在数组的尾部在只需复制一次数组,当位于中间位置则需要复制两次。

remove方法

删除第一个与指定元素相等的集合内元素,我们发现对remove方法的优化,即利用array数组的线程可见性,无锁获取一个快照,如果在这个快照中没有指定元素则返回false,如果含有指定元素,需要调用remove(Object o, Object[] snapshot, int index)方法加锁进行遍历并删除。即避免了在不含有指定元素的情况下加锁遍历的过程。


需要注意indexOf方法是通过equal方法比较是否存在的。

私有方法




删除指定位置上的元素



当删除的元素在数组的末尾则只进行一次数组复制,当个删除的元素位于中间则需要复制两次数组,最后更新数组应用。

get方法

无锁获取元素,性能较高;但是array的元素的变化还没有刷新到主内存上(set方法,通过锁来保证元素的可见性)、或者复制数组的过程中,还没有更新数组引用(add方法);即锁还没有释放,这时另外一个线程去读,所以会出现脏读。



注意:volatile数组的可见性问题
volatile的数组只针对数组的引用具有volatile的语义,而不是它的元素

size和isEmpty方法

同样会出现脏读,比如add方法在复制数组的过程中,此时调用size、isEmpty方法


iterator迭代器方法

iterator 和 listIterator 的弱一致性


COWIterator不支持的方法

下面分析中iterator和listIterator都记为iterator

  1. 调用iterator方法后会创建一个新的COWIterator对象实例(实现了ListIterator接口),并保存了一个当前数组的快照,在调用next遍历时则仅仅对此快照数组进行遍历,因此 CopyOnWriteArrayList不会抛出ConcurrentModificatiedException异常,但是会出现脏读问题。
  1. 由于是对快照进行操作所以迭代器方法仅支持读操作,不支持和写操作相关的任何操作(如 remove,set,add),调用将抛出NoSuchElementException异常。

其他方法列表


总结

CopyOnWriteArrayList 基于ReentranLock保证了增加元素和删除元素动作的互斥。每一次写操作(remove,add等相关的)都将会创建数组复制元素,这将造成频繁写极大的性能消耗在读操作上没有加锁,保证了读的性能,但是却会出现脏读的问题(get、iterator、size、isEmpty)。综上CopyOnWriteArrayList 适合读多写少对实时性不敏感的应用场景。
允许null元素

参考链接
http://ifeve.com/java-copy-on-write/
http://caoyaojun1988-163-com.iteye.com/blog/1754686

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