Java JUC包源码分析

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Java JUC包源码分析

CopyOnWriteArrayList可以看作是线程安全的ArrayList，底层数据结构是数组。主要实现过程就像它的名字，在写（增、删、改）的时候，先copy出一份副本，然后对副本操作，最后把副本赋值给原来的数组，整个过程是在ReentrantLock的lock下完成。

这么做的目的其实就是为了在保证线程安全的情况下，不阻塞读。

存储数据的是用volatile修饰的数组，能够保证多线程场景下能够读取到修改后的最新的数据。解释如下：

Java语言规范中指出：为了获得最佳速度，允许线程保存共享成员变量的私有拷贝，而且只当线程进入或者离开同步代码块时才与共享成员变量的原始值对比。而我们在获取或者迭代的时候是没有加锁的，所以如果不加volatile修饰，可能各个线程看到的还是修改前的旧值。

在数组拷贝的过程中用到了大量的Arrays.copyof()方法，这个方法其实是调用了System.arraycopy()方法

其迭代器在迭代过程不支持remove，add，set

CopyOnWriteArraySet则是完全基于CopyOnWriteArrayList，其add方法是调用了CopyOnWriteArrayList的addIfAbsent()方法

看源码：

public class CopyOnWriteArrayList<E>implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {private static final long serialVersionUID = 8673264195747942595L;// 可重入锁，保证写操作的线程安全final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();// 数据存储结构：数组private transient volatile Object[] array;// 获取数组final Object[] getArray() {return array;}// 写入数组final void setArray(Object[] a) {array = a;}// 构造一个空的数组public CopyOnWriteArrayList() {setArray(new Object[0]);}// 构造一个已有的集合到这里的数组public CopyOnWriteArrayList(Collection<? extends E> c) {Object[] elements;// 如果传入的是CopyOnWriteArrayList类，那就直接把Collection强转然后获取数组if (c.getClass() == CopyOnWriteArrayList.class)elements = ((CopyOnWriteArrayList<?>)c).getArray();else {// c转换成数组elements = c.toArray();// toArray不返回Object[] 就需要拷贝元素到一个Object[]数组if (elements.getClass() != Object[].class)elements = Arrays.copyOf(elements, elements.length, Object[].class);}// 设置数组setArray(elements);}// 放入一个元素public boolean add(E e) {final ReentrantLock lock = this.lock;// 加锁lock.lock();try {Object[] elements = getArray();int len = elements.length;// 新建一个包含原数组内容且长度+1的数组Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);// 数组的最后一个新加的长度那里就放置需要新加的值，原数组的引用指向新数组newElements[len] = e;setArray(newElements);return true;} finally {// 释放锁lock.unlock();}}// 在指定索引位置插入元素public void add(int index, E element) {final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lock();try {Object[] elements = getArray();int len = elements.length;if (index > len || index < 0)throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+", Size: "+len);Object[] newElements;// 计算原数组需要从哪里开始往后挪int numMoved = len - index;// 如果是需要插入到最后一个位置就直接向上面那个方法一样copyif (numMoved == 0)newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);else {// 先新建一个长度+1的数组，然后把原数组从index处拆两半copy到新数组newElements = new Object[len + 1];System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);System.arraycopy(elements, index, newElements, index + 1,numMoved);}// 把要插入的值放入指定的索引处newElements[index] = element;setArray(newElements);} finally {lock.unlock();}}// 获取数组a在索引index的值private E get(Object[] a, int index) {return (E) a[index];}// 获取数组索引处的值public E get(int index) {return get(getArray(), index);}// 移除索引位置的值public E remove(int index) {final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lock();try {Object[] elements = getArray();int len = elements.length;// 获取索引处的值返回E oldValue = get(elements, index);// 数组长度变短一位，然后去掉索引处那个值，分两部分copy到新数组int numMoved = len - index - 1;if (numMoved == 0)setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));else {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;} finally {lock.unlock();}}// 获取o的索引值private static int indexOf(Object o, Object[] elements,int index, int fence) {if (o == null) {for (int i = index; i < fence; i++)// 找数组里值为null的索引，为啥不写== o？？if (elements[i] == null)return i;} else {for (int i = index; i < fence; i++)if (o.equals(elements[i]))return i;}return -1;}// 获取o的索引值public int indexOf(Object o) {Object[] elements = getArray();return indexOf(o, elements, 0, elements.length);}// 插入一个不存在当前数组里面的元素，CopyOnWriteArraySet就是基于此实现的public boolean addIfAbsent(E e) {// 获取数组快照Object[] snapshot = getArray();// indexof如果找到了e的索引值，证明已经存在数组了，返回false// 否则插入数组// 注意做indexof没加锁，所以在indexof后其实可能这个元素已经被别的线程插入进去了return indexOf(e, snapshot, 0, snapshot.length) >= 0 ? false :addIfAbsent(e, snapshot);}private boolean addIfAbsent(E e, Object[] snapshot) {final ReentrantLock lock = this.lock;// 加锁lock.lock();try {// 获取当前的数组Object[] current = getArray();int len = current.length;// 判断上面传入的快照和当期数组是否相等// 如果不想等，就说明在获取锁之前就有其他线程修改了数组if (snapshot != current) {// Optimize for lost race to another addXXX operation// 取两个数组长度的最小值int common = Math.min(snapshot.length, len); // 遍历数组：这里其实分了两段遍历，for里面遍历[0,common],// indexof遍历[common,length],如果在前一段找到元素e了，就直接return false了// 不得不佩服能考虑到这种细节。for (int i = 0; i < common; i++)// 如果在当前数组的[0,common]段中找到了e，说明真的在加锁前e被add进去了，// 返回false。另外先判断新旧数组在index处相不相等，省去一些比较。if (current[i] != snapshot[i] && eq(e, current[i]))return false;// 判断一下common到数组尾部是否存在eif (indexOf(e, current, common, len) >= 0)return false;}// 把数组长度+1，新建数组并把元素插入进去返回trueObject[] newElements = Arrays.copyOf(current, len + 1);newElements[len] = e;setArray(newElements);return true;} finally {lock.unlock();}}// 这个相等的比较方法也值得学习！null的比较也包含进去了private static boolean eq(Object o1, Object o2) {// 如果o1=null,o2=null,则返回true;// 如果o1=null,o2!=null,则返回false;// 如果o1!=null,则直接用equals方法比较return (o1 == null) ? o2 == null : o1.equals(o2);}// 获取迭代器,不支持remove，add，setpublic Iterator<E> iterator() {return new COWIterator<E>(getArray(), 0);}// 内部类static final class COWIterator<E> implements ListIterator<E> {// 获取数组的快照private final Object[] snapshot;// 遍历器的游标，指向当前遍历的数组的下标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++];}@SuppressWarnings("unchecked")public E previous() {if (! hasPrevious())throw new NoSuchElementException();return (E) snapshot[--cursor];}public void remove() {throw new UnsupportedOperationException();}public void set(E e) {throw new UnsupportedOperationException();}public void add(E e) {throw new UnsupportedOperationException();}}}

CopyOnWriteArraySet:

public class CopyOnWriteArraySet<E> extends AbstractSet<E>implements java.io.Serializable {private static final long serialVersionUID = 5457747651344034263L;private final CopyOnWriteArrayList<E> al;// 构造函数就是新建一个CopyOnWriteArrayListpublic CopyOnWriteArraySet() {al = new CopyOnWriteArrayList<E>();}// add方法也是调用CopyOnWriteArrayList的addIfAbsentpublic boolean add(E e) {return al.addIfAbsent(e);}// 其他方法也是调用CopyOnWriteArrayList的方法......
}