Java 7之多线程并发容器 - CopyOnWriteArrayList - JAVA

CopyOnWriteArrayList相当于线程安全的ArrayList，通过增加写时复制语义来实现线程安全性。底层也是通过一个可变数组来实现的。但是和ArrayList不同的时，它具有以下特性：
它最适合于具有以下特征的应用程序：List 大小通常保持很小，只读操作远多于可变操作，需要在遍历期间防止线程间的冲突支持高效率并发且是线程安全的因为通常需要复制整个基础数组，所以可变操作（add()、set() 和 remove() 等等）的开销很大迭代器支持hasNext(), next()等不可变操作，但不支持可变 remove()等操作使用迭代器进行遍历的速度很快，并且不会与其他线程发生冲突。在构造迭代器时，迭代器依赖于不变的数组快照首先来看一下构造函数，如下所示：

    private volatile transient Object[] array;

    final Object[] getArray() {
        return array;
    }
    final void setArray(Object[] a) {
        array = a;
    }
    // -----开始构造函数----------------------------
    public CopyOnWriteArrayList() {
        setArray(new Object[0]);
    }
    public CopyOnWriteArrayList(Collection
   c) {
        Object[] elements = c.toArray();
        // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
        if (elements.getClass() != Object[].class)
            elements = Arrays.copyOf(elements, elements.length, Object[].class);
        setArray(elements);
    }
    // Creates a list holding a copy of the given array.
    public CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn) {
        setArray(Arrays.copyOf(toCopyIn, toCopyIn.length, Object[].class));
    }

使用一个指向volatile类型的Object数组来保存容器元素。构造函数中都会根据参数值重新生成一个新的数组。
1、添加元素

 public boolean add(E e) {
        final ReentrantLock lock = this.lock;                       // 获取独占锁
        lock.lock();
        try {
            Object[] elements = getArray();
            int len = elements.length;
            Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);// 重新生成一个新的数组实例，并将原始数组的元素拷贝到新数组中
            newElements[len] = e;                                   // 添加新的元素到新数组的末尾
            setArray(newElements);                                  // 更新底层数组
            return true;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

有两点必须清楚：

第一，在”添加操作“开始前，获取独占锁(lock)，若此时有需要线程要获取锁，则必须等待；在操作完毕后，释放独占锁(lock)，此时其它线程才能获取锁。通过独占锁，来防止多线程同时修改数据！

第二，操作完毕时，会通过setArray()来更新volatile数组。对一个volatile变量的读，总是能看到（任意线程）对这个volatile变量最后的写入；这样，每次添加元素之后，其它线程都能看到新添加的元素。

2、获取元素

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

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

将底层volatile数组指定索引处的元素返回即可。

3、删除元素

以remove(int index)为例，来对“CopyOnWriteArrayList的删除操作”进行说明。下面是remove(int index)的代码：

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); // 获取volatile数组中指定索引处的元素值
        int numMoved = len - index - 1;
        if (numMoved == 0) // 如果被删除的是最后一个元素，则直接通过Arrays.copyOf()进行处理，而不需要新建数组
            setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
        else {
            Object[] newElements = new Object[len - 1];
            System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);    // 拷贝删除元素前半部分数据到新数组中
            System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index, numMoved);// 拷贝删除元素后半部分数据到新数组中
            setArray(newElements); // 更新volatile数组
        }
        return oldValue;
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

4、遍历元素

    public Iterator
  
    iterator() {
        return new COWIterator
   
    (getArray(), 0); } public ListIterator
    
      listIterator() { return new COWIterator
     
      (getArray(), 0); } public ListIterator
      
        listIterator(final int index) { Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; if (index<0 || index>len) throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index); return new COWIterator
       
        (elements, index); } private static class COWIterator
        
          implements ListIterator
         
           { private final Object[] snapshot; // 保存数组的快照，是一个不可变的对象 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; } @S

Java 7之多线程并发容器 - CopyOnWriteArrayList(一)