java并发包中的并发List
5.1CopeOnWriteArrayList
并发包中的并发List只有CopyOnWriteArrayList，该类是一个线程安全的arraylist，对其进行的修改操作都是在底层的一个复制数组上进行的，也就是使用了写时复制策略。
该类的结构：
public class CopyOnWriteArrayList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
private static final long serialVersionUID = 8673264195747942595L;
// 可重入的独占锁，用来保证对arraylist的修改操作，同一时间只有一个线程
final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
// 存放对象的底层数组 内存可见性
private transient volatile Object[] array;
// 基于硬件的原子操作了Unsafe
private static final sun.misc.Unsafe UNSAFE;
// 锁的偏移量
private static final long lockOffset;
static {
try {
UNSAFE = sun.misc.Unsafe.getUnsafe();
Class<?> k = CopyOnWriteArrayList.class;
lockOffset = UNSAFE.objectFieldOffset
(k.getDeclaredField("lock"));
} catch (Exception e) {
throw new Error(e);
}
}
}
问题：
何时初始化list，初始化list的大小是多少，list是有限大小吗？ copyonwriteArraylist是无界数组
如何保证线程安全，比如多个线程进行读写时如何保证是线程安全的？
如何保证迭代器遍历list时的数据一致性？
5.2源码分析
1、初始化
构造函数：
// 空的list
public CopyOnWriteArrayList() {
setArray(new Object[0]);
}
// 入参为Collection类型的集合，该构造会将集合中的元素复制到list中
public CopyOnWriteArrayList(Collection<? extends E> c) {
Object[] elements;
if (c.getClass() == CopyOnWriteArrayList.class)
elements = ((CopyOnWriteArrayList<?>)c).getArray();
else {
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);
}
// 入参为泛型数组，将数组复制到list的底层数组中
public CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn) {
setArray(Arrays.copyOf(toCopyIn, toCopyIn.length, Object[].class));
}
2、添加元素add方法
// 添加元素，在list的末尾添加
public boolean add(E e) {
final ReentrantLock lock = this.lock; // 获取独占锁
lock.lock();
try { // 获取copyOnWriteArrayList底层数组
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length; // 复制一份新的数组，比原数组大一，所以CopyOnWriteArraylist是一个无界数组
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1); // 将要添加的元素放到新数组的最后位置
newElements[len] = e; // 使用新数组替换原来的数组
setArray(newElements);
return true;
} finally { // 操作完毕后，释放独占锁
lock.unlock();
}
}
3、获取元素，此时就会产生写时复制的弱一致性问题：当线程a获取到地层数组后，但是没有执行get(Object[] a,int index)方法，此时线程b操作该集合，删除了一个元素（删除的是复制出的新数组中的数据，同时会使用新数组覆盖旧数组），name线程a继续获取执行位置的数据，此时底层数组仍然是之前没有删除数据的数组，这样就产生了弱一致性问题。
// 直接获取底层数组指定索引位置的数据
private E get(Object[] a, int index) {
return (E) a[index];
}
// 获取指定索引出的值 getArray方法返回底层数组
public E get(int index) {
return get(getArray(), index);
}
4、修改指定位置的元素
public E set(int index, E element) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
// 获取独占锁
lock.lock();
try {
// 获取底层数组
Object[] elements = getArray();
// 根据索引获取要修改的值
E oldValue = get(elements, index);
// 如果新值不等于旧值时，就会复制一份数组，将新值设置进入，然后用新数组覆盖就数组
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
// 旧数组重新覆盖旧数组--> 这一步虽然没有改变数组，但是为了保证volatitle语义，仍然会重新设置一次
setArray(elements);
}
return oldValue;
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
}
}
5、删除元素
public E remove(int index) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
// 获取要删除索引位置的元素
E oldValue = get(elements, index);
// 计算要移动的元素的数量
int numMoved = len - index - 1;
// 要移动的元素为0，则代表删除的是最后一个元素
if (numMoved == 0)
setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
else {
// 要删除的不是最后一个，则新建一个len-1长度的数组
Object[] newElements = new Object[len - 1];
// 同时以要删除的索引index为分界线，复制0-index，index+1 - len的元素
System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index,
numMoved);
setArray(newElements);
}
return oldValue;
} finally {
lock.unlock();
}
}
6、弱一致性的迭代器
所谓弱一致性是指：返回迭代器后，其他线程对list的操作（增删改）对迭代器是不可见的。
public Iterator<E> iterator() {
return new COWIterator<E>(getArray(), 0);
}
// 可以看到迭代器中的方法，不能增删改，相应的方法会抛出异常
static final class COWIterator<E> implements ListIterator<E> {
/** Snapshot of the array */
private final Object[] snapshot;
/** Index of element to be returned by subsequent call to next. */
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 int nextIndex() {
return cursor;
}
public int previousIndex() {
return cursor-1;
}
public void remove() {
throw new UnsupportedOperationException();
}
public void set(E e) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
public void add(E e) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
@Override
public void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) {
Objects.requireNonNull(action);
Object[] elements = snapshot;
final int size = elements.length;
for (int i = cursor; i < size; i++) {
@SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) elements[i];
action.accept(e);
}
cursor = size;
}
}
弱一致性：
package com.nxz.blog.otherTest;
import java.util.Iterator;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
public class TestThread003 {
private static CopyOnWriteArrayList<String> copyOnWriteArrayList = new CopyOnWriteArrayList<>();
/**
* 测试CopyOnWriteArrayList的弱一致性问题
* 如果输出结果是：test1 test2 test3 test4 则说明该类具有弱一致性
*/
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
copyOnWriteArrayList.add("test1");
copyOnWriteArrayList.add("test2");
copyOnWriteArrayList.add("test3");
copyOnWriteArrayList.add("test4");
Thread t = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
copyOnWriteArrayList.add("runnabl1");
copyOnWriteArrayList.add("runnabl2");
copyOnWriteArrayList.add("runnabl3");
}
});
Iterator<String> iterator = copyOnWriteArrayList.iterator();
// 等待线程执行完毕
t.join();
while (iterator.hasNext()) {
System.out.println(iterator.next());
}
}
}
结果： test1 test2 test3 test4