网站建设费财务列账,更改wordpress密码,建设网站的拓扑图,免费空间申请挖矿系列文章目录 JUC篇#xff1a;volatile可见性的实现原理 JUC篇#xff1a;synchronized的应用和实现原理 JUC篇#xff1a;用Java实现一个简单的线程池 JUC篇#xff1a;java中的线程池 JUC篇#xff1a;ThreadLocal的应用与原理 JUC篇#xff1a;Java中的并发工具类 文…系列文章目录 JUC篇volatile可见性的实现原理 JUC篇synchronized的应用和实现原理 JUC篇用Java实现一个简单的线程池 JUC篇java中的线程池 JUC篇ThreadLocal的应用与原理 JUC篇Java中的并发工具类 文章目录系列文章目录前言一、介绍二、主要方法源码剖析2.1 初始化2.2 添加元素2.3 获取指定位置元素2.4 弱一致性的迭代器总结前言
并发包中的并发List只有CopyOnWriteArrayList。CopyOnWriteArrayList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的数组快照上进行的也就是使用了写时复制策略 一、介绍
CopyOnWriteArraylist的类图结构如图
在CopyOnWriteArrayList的类图中每个CopyOnWriteArrayList对象里面有一个array数组对象用来存放具体元素ReentrantLock独占锁对象用来保证同时只有一个线程对array进行修改
如果让我们自己做一个写时复制的线程安全的list我们会怎么做有哪些点需要考虑
何时初始化list初始化的list元素个数为多少list是有限大小吗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使用迭代器遍历list时的数据一致性
二、主要方法源码剖析
2.1 初始化
首先看下无参构造函数如下代码在内部创建了一个大小为0的Object数组作为array的初始值。
public CopyOnWriteArrayList() {setArray(new Object[0]);}有参构造函数
//创建一个list其内部元素是入参toCopyin的副本
public CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn) {setArray(Arrays.copyOf(toCopyIn, toCopyIn.length, Object[].class));}//入参为集合将集合里面的元素复制到本list
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);}2.2 添加元素
CopyOnWrit巳ArrayList中用来添加元素的函数有add(E e、add(int index,E element、addifAbsent(E e和addAllAbsent(Collection?extendsE c等它们的原理类似所以以add(E e为例来讲解。
public boolean add(E e) {//获取独占锁1final ReentrantLock lock this.lock;lock.lock();try {//获取array(2)Object[] elements getArray();//复制array到新数组添加元素到新数纽3int len elements.length;Object[] newElements Arrays.copyOf(elements, len 1);newElements[len] e;//使用新数纽替换添加前的数纽(4)setArray(newElements);return true;} finally {//释放独占锁5lock.unlock();}}在如上代码中调用add方法的线程会首先执行代码1)去获取独占锁如果多个线程都调用add方法则只有一个线程会获取到该锁其他线程会被阻塞挂起直到锁被释放。
所以一个线程获取到锁后就保证了在该线程添加元素的过程中其他线程不会对array进行修改。
线程获取锁后执行代码2获取array然后执行代码3复制array到一个新数组从这里可以知道新数组的大小是原来数组大小增加1所以CopyOnWriteArrayList是无界list并把新增的元素添加到新数组。
然后执行代码4使用新数组替换原数组并在返回前释放锁。由于加了锁所以整个add过程是个原子性操作。需要注意的是在添加元素时首先复制了一个快照然后在快照上进行添加而不是直接在原来数组上进行。
2.3 获取指定位置元素
使用E get(int index获取下标为index的元素如果元素不存在则抛出IndexOutOfBoundsException异常。
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];}
在如上代码中当线程x调用get方法获取指定位置的元素时分两步走首先获取array数组这里命名为步骤A然后通过下标访问指定位置的元素这里命名为步骤B),这是两步操作但是在整个过程中并没有进行加锁同步。假设这时候List内容如图所示 里面有1、2、3三个元素。 由于执行步骤A和步骤B没有加锁这就可能导致在线程x执行完步骤A后执行步骤B前另外一个线程y进行了remove操作假设要删除元素1。remove操作首先会获取独占锁然后进行写时复制操作也就是复制一份当前array数组然后在复制的数组里面删除线程x通过get方法要访问的元素1之后让array指向复制的数组。而这时候array之前指向的数组的引用计数为1而不是0因为线程x还在使用它这时线程x开始执行步骤B步骤B操作的数组是线程y删除元素之前的数组如图 所以虽然线程y己经删除了index处的元素但是线程x的步骤B还是会返回index处的元素这其实就是写时复制策略产生的弱一致性问题。
2.4 弱一致性的迭代器
遍历列表元素可以使用法代器。在讲解什么是法代器的弱一致性前先举一个例子来·说明如何使用法代器。
public static void main(String[] args) {CopyOnWriteArrayListString arrayList new CopyOnWriteArrayList();arrayList.add(hello);arrayList.add(hi);IteratorString iterator arrayList.iterator();while (iterator.hasNext()){System.out.println(iterator.next());}}输出如下 迭代器的hasNext方法用于判断列表中是否还有元素next方法则具体返回元素好了下面来看CopyOnWriteArrayList中法代器的弱一致性是怎么回事所谓弱一致性是指返回迭代器后其他线程对list的增删改对迭代器是不可见的下面看看这是如何做到的。
public IteratorE iterator() {return new COWIteratorE(getArray(), 0);}static final class COWIteratorE implements ListIteratorE {//array的快照版本private final Object[] snapshot;// 数组下标private int cursor;private COWIterator(Object[] elements, int initialCursor) {cursor initialCursor;snapshot elements;}//是否遍历结束public boolean hasNext() {return cursor snapshot.length;}//获取元素public E next() {if (! hasNext())throw new NoSuchElementException();return (E) snapshot[cursor];}}如上代码中当调用iterator方法获取法代器时实际上会返回一个COWiterator对象COWiterator对象的snapshot变量保存了当前list的内容cursor是遍历list时数据的下标。
为什么说snapshot是list的快照呢明明是指针传递的引用啊而不是副本。
如果在该线程使用返回的法代器遍历元素的过程中其他线程没有对list进行增删改那么snapshot本身就是list的array因为它们是引用关系。但是如果在遍历期间其他线程对该list进行了增删改那么snapshot就是快照了因为增删改后list里面的数组被新数组替换了 这时候老数组被snapshot引用。这也说明获取迭代器后使用该法代器元素时其他线程对该list进行的增删改不可见因为它们操作的是两个不同的数组这就是弱一致性。
下面通过一个例子来演示多线程下法代器的弱一致性的效果。
//测试CopyOnWriteArrayList的迭代器的弱一致性
public class CopyOnWriteArrayListTest {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {CopyOnWriteArrayListString arrayList new CopyOnWriteArrayList();arrayList.add(hello);arrayList.add(hi);arrayList.add(welcome);arrayList.add(turbos);arrayList.add(tube);Thread thread new Thread(new Runnable() {Overridepublic void run() {arrayList.set(0,hello world!);arrayList.remove(2);arrayList.remove(3);}});//线程启动前先获取迭代器IteratorString iterator arrayList.iterator();//线程启动并保证主线程在子线程之后执行thread.start();thread.join();while (iterator.hasNext()){System.out.println(iterator.next());}}
}输出结果 如上代码中main函数首先初始化了arrayList然后在启动线程前获取到了arrayList迭代器。子线程thread启动后首先修改了arrayList的第一个元素的值然后删除了arrayList中下标为2和3的元素。 主线程在子线程执行完毕后使用获取的迭代器遍历数组元素从输出结果我们知道在子线程里面进行的操作一个都没有生效这就是选代器弱一致性的体现。 需要注意的是获取迭代器的操作必须在子线程操作之前进行。 总结
CopyOnWriteArrayList使用写时复制的策略来保证list的一致性而获取一修改一写入三步操作并不是原子性的所以在增删改的过程中都使用了独占锁来保证在某个时间只有一个线程能对list数组进行修改。另外CopyOnWriteArrayList提供了弱一致性的迭代 器从而保证在获取迭代器后其他线程对list的修改是不可见的迭代器遍历的数组是一个快照。
