写时复制集合 —— CopyOnWriteArrayList
前言
JUC 下面还有一个系列的类,都是 CopyOnWriteXXX ,意思是写时复制,这个究竟是怎么回事?那就以 CopyOnWriteArrayList 为切入点,一起了解写时复制是怎么回事?
公众号:liuzhihangs,记录工作学习中的技术、开发及源码笔记;时不时分享一些生活中的见闻感悟。欢迎大佬来指导!
介绍
ArrayList 的一个线程安全的变体,其中所有可变操作(add、set 等等)都是通过对底层数组进行一次新的复制来实现的。
像名字一样,每次进行操作的时候,都会进行一次复制,当然会有很大的性能消耗,但是在某些使用场景下,又会提高性能。具体是怎么操作的,那就一步一步阅读源码,然后再做总结归纳。
基本使用
public class CopyOnWriteArrayListTest {
public static void main(String[] args) {
CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
// 添加元素
list.add("liuzhihang");
// 移除元素
list.remove("liuzhihang");
// 查看元素
String value0 = list.get(0);
// 遍历
Iterator<String> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
String next = iterator.next();
}
}
}
问题疑问
- 为什么要叫写时复制集合?
- CopyOnWriteArrayList 实现原理是什么?
- CopyOnWriteArrayList 和 ArrayList 有什么区别?
- CopyOnWriteArrayList 复制是怎么进行复制的?
源码分析
基本结构
参数介绍
public class CopyOnWriteArrayList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
private static final long serialVersionUID = 8673264195747942595L;
/** 数据有变动时使用 */
final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
/** 数组 只能通过 getArray/setArray 访问 */
private transient volatile Object[] array;
final Object[] getArray() {
return array;
}
// 将数组指向传入的新数组
final void setArray(Object[] a) {
array = a;
}
}
通过参数可以了解到以下内容:
- 基于数组实现;
- 使用了 ReentrantLock 互斥锁。
构造函数
public CopyOnWriteArrayList() {
setArray(new Object[0]);
}
在初始化 CopyOnWriteArrayList 时,就是创建了一个 Object 的数组。
add
public boolean add(E e) {
// 加锁
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
// 获取当前数组
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
// 创建一个新数组,并将原数组数据复制到新数组
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
// 添加的新元素到数组尾部
newElements[len] = e;
// 将数组指向新数组
setArray(newElements);
return true;
} finally {
lock.unlock();
}
}
add 方法逻辑很简单:
- 通过加互斥锁(ReentrantLock)从而保证在写的时候只有一个线程可以写。
- 新增元素时,先使用
Arrays.copyOf(elements, len + 1)
复制出一个长度 +1 的新数组。 - 添加元素到新数组。
- 然后再将原数组对象指向新数组。
画图如下:
remove
public E remove(int index) {
// 加锁
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
// 原数组
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
// 移除的值
E oldValue = get(elements, index);
int numMoved = len - index - 1;
if (numMoved == 0)
// 如果移除最后一个元素
// 直接复制前面的元素即可
setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
else {
// 移除中间的元素,进行两次复制
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();
}
}
remove 方法相对多了一些判断:
- 通过加互斥锁(ReentrantLock)从而保证在写的时候只有一个线程可以移除元素。
- 如果移除的是最后一个元素,则直接复制前面的元素到新数组,并指向新数组即可。
- 如果移除的是中间的元素,则需要进行两次复制,然后指向新数组。
画图如下:
get
public E get(int index) {
return get(getArray(), index);
}
get 方法可以看出:
- 获取元素并没有进行加锁。
- 从原数组获取的元素。
所以并发情况下,并不能保证很及时的读取的刚插入或者移除的元素。
数组复制
通过阅读 add 和 remove 相关代码,可以看到在数组复制时使用了 Arrays.copyOf
和 System.arraycopy
,这相当于一个优化方面吧。
毕竟数组复制总不能把原数组遍历一遍,挨着赋值到新数组里面吧。
那接下来看一下内部是如何实现的:
public class Arrays {
// 其他方法省略 ...
/**
* original 要复制的数组
* newLength 新数组的长度
*/
public static <T> T[] copyOf(T[] original, int newLength) {
return (T[]) copyOf(original, newLength, original.getClass());
}
/**
* original 要复制的数组
* newLength 新数组的长度
*/
public static <T,U> T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class<? extends T[]> newType) {
// 创建一个新数组,长度是指定的长度
@SuppressWarnings("unchecked")
T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class)
? (T[]) new Object[newLength]
// 创建具有指定的组件类型和长度的新数组
: (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength);
// 调用 System.arraycopy 复制数组
System.arraycopy(original, 0, copy, 0,
Math.min(original.length, newLength));
return copy;
}
}
通过阅读 Arrays.copyOf
相关源码,发现其实 Arrays.copyOf
底层也是调用的 System.arraycopy
public final class System {
// 其他方法省略 ...
/**
* src 源数组
* srcPos 源数组起始位置
* dest 目标数组
* destPos 目标数组的起始位置
* length 要复制的元素数量
*/
public static native void arraycopy(Object src, int srcPos,
Object dest, int destPos,
int length);
}
可以看到 System.arraycopy
是一个 native
方法,这个是 JVM 内部实现的,具体可以阅读相关资料。而使用这种方式要比 for
循环和 clone
要高效很多。
总结
Q&A
Q: 为什么要叫写时复制集合?
A: 因为在 add、remove 操作时会复制出来一个新数组。
Q: CopyOnWriteArrayList 实现原理是什么?
A: 在 add、remove 操作时会进行加锁,然后复制出来一个新数组,操作的都是新数组,而此时原数组是可以提供查询的。当操作结束之后,会将对象指针指向新数组。
Q: CopyOnWriteArrayList 和 ArrayList 有什么区别?
A: CopyOnWriteArrayList 在读多写少的场景下可以提高效率,而 ArrayList 只是普通数组集合,并不适用于并发场景,而如果对 ArrayList 加锁,则会影响一部分性能。
同样对 CopyOnWriteArrayList 而言,仅能保证最终一致性。因为刚写入的数据,是写到的复制的数组中,此时并不能立即查询到。如果要保证实时性可以尝试使用 Collections.synchronizedList
或者加锁等方式。
Q: CopyOnWriteArrayList 复制是怎么进行复制的?
A: 内部使用的是本地方法 System.arraycopy
进行数组的复制。
结束语
通过阅读 CopyOnWriteArrayList 源码,了解到写时复制是的原理。同时了解到可以使用 System.arraycopy
的方式提高数组复制的效率。
同样 CopyOnWriteArrayList 适合读多写少的场景,满足最终一致性,但是并不能保证数据修改及时查询到。
写时复制集合 —— CopyOnWriteArrayList的更多相关文章
- JAVA中写时复制(Copy-On-Write)Map实现
1,什么是写时复制(Copy-On-Write)容器? 写时复制是指:在并发访问的情景下,当需要修改JAVA中Containers的元素时,不直接修改该容器,而是先复制一份副本,在副本上进行修改.修改 ...
- Java进阶知识点6:并发容器背后的设计理念 - 锁分段、写时复制和弱一致性
一.背景 容器是Java编程中使用频率很高的组件,但Java默认提供的基本容器(ArrayList,HashMap等)均不是线程安全的.当容器和多线程并发编程相遇时,程序员又该何去何从呢? 通常有两种 ...
- php 内核变量 引用计数器写时复制
写时复制,是一个解决内存复用的方法,就是你在php语言层,如$d=$c=$b=$a='value';把$a赋给另一个或多个变量,这时这个变量都只占用一个内存块,当其中一个变量值改变时,才会开辟另一个内 ...
- 线程不安全(Arraylist,HashSet,HashMap)和写时复制
package com.yangyuanyuan.juc1205; import java.util.List; import java.util.Map; import java.util.Set; ...
- phpCOW机制(写时复制)
写时复制(Copy-on-Write,也缩写为COW),顾名思义,就是在写入时才真正复制一份内存进行修改. COW最早应用在*nix系统中对线程与内存使用的优化,后面广泛的被使用在各种编程语言中,如C ...
- php变量 写时改变 写时复制
写时复制 $var = 1; $var2 = $var; #此时$var2 与 $var 指向同一个zval refcount = 2: $var = 2; # 此时$val 改变 所以 $var 与 ...
- PHP写时复制, 变量复制和对象复制不同!!!
2016年3月18日 15:09:28 星期五 一直以为PHP对象也是写时复制....... 其实: PHP的变量是写时复制, 对象是引用的 写时复制: $a = $b; 如果$b的内容不改变, $a ...
- php 垃圾回收机制----写时复制和引用计数
PHP使用引用计数和写时复制来管理内存.写时复制保证了变量间复制值不浪费内存,引用计数保证了当变量不再需要时,将内存释放给操作系统. 要理解PHP内存管理,首先要理解一个概念----符号表. 符号表的 ...
- fork()和写时复制
写时复制技术最初产生于Unix系统,用于实现一种傻瓜式的进程创建:当发出fork( )系统调用时,内核原样复制父进程的整个地址空间并把复制的那一份分配给子进程.这种行为是非常耗时的,因为它需要: · ...
随机推荐
- 01 sublime text3下配置c/c++ 的编译运行环境
安装mingw,在线安装经常出问题,推荐离线安装 参考: https://blog.csdn.net/qq_34432960/article/details/106124496?utm_medium= ...
- linux centos7使用docker安装elasticsearch,并且用Django连接使用
一:elasticsearch安装及配置 1:需求分析 当用户在搜索框输入关键字后,我们要为用户提供相关的搜索结果.这种需求依赖数据库的模糊查询like关键字可以实现,但是like关键字的效率极低,而 ...
- 关于arduino与SPI
参考: 作者:李俊轩 来源:本站原创 点击数:x 更新时间:2013年07月18日 [字体:大 中 小] SPI的英文全称是:"Serial Peripheral Inte ...
- 记录编译JDK11源码时遇到的两个问题
执行make all报错信息: 错误一 /src/hotspot/share/runtime/arguments.cpp:1461:35: error: result of comparison ag ...
- 使用Appium进行iOS的真机自动化测试
windows不支持appium连接ios,只适用于mac 使用Appium进行iOS的真机自动化测试 安装类库 Homebrew 如果没有安装过Homebrew,先安装[ homebrew ] np ...
- Python+Appium自动化测试(15)-使用Android模拟器(详细)
做APP的UI自动化测试时,我们往往会使用真机跑自动化测试脚本,因为这样才是最真实的使用场景.但前期调试脚本的话,可以先使用模拟器,这样相对更加方便. 不推荐使用Android SDK里自带模拟器,太 ...
- 使用AirtestProject+pytest做支付宝小程序UI自动化测试
一,前言 1,背景 因公司业务需要做支付宝小程序的UI自动化测试,于是在网上查找小程序的自动化资料,发现微信小程序是有自己的测试框架的,但几乎找不到支付宝小程序UI自动化测试相关的资料.白piao失败 ...
- linux CentOS7 防火墙操作
1, 查看防火墙状态: firewall-cmd --state systemctl status firewalld.service 2, 开启防火墙: systemctl start firewa ...
- 多测师讲解接口测试 _接口测试思路_高级讲师肖sir
- python 产生随机函数random
random是内建(built-in)函数,作用是产生随机数 导入模块: 接着就可以调用random模块下的函数了使用 dir(random)可以查看random模块下有哪些函数,结果如下: 最常用的 ...