ArrayList和CopyOnWriteArrayList(转载)
这篇文章的目的如下:
- 了解一下ArrayList和CopyOnWriteArrayList的增删改查实现原理
- 看看为什么说ArrayList查询快而增删慢?
- CopyOnWriteArrayList为什么并发安全且性能比Vector好
1. List接口
首先我们来看看List接口,因为ArrayList和CopyOnWriteArrayList都是实现了List接口,我们今天主要是研究增删改查原理,所以只看相应的方法即可。
- public interface List<E> extends Collection<E> {
- int size();
- boolean isEmpty();
- boolean contains(Object o);
- Iterator<E> iterator();
- Object[] toArray();
- <T> T[] toArray(T[] a);
- boolean add(E e);
- boolean remove(Object o);
- boolean containsAll(Collection<?> c);
- boolean addAll(Collection<? extends E> c);
- boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c);
- boolean removeAll(Collection<?> c);
- boolean retainAll(Collection<?> c);
- void clear();
- boolean equals(Object o);
- int hashCode();
- E get(int index);
- E set(int index, E element);
- void add(int index, E element);
- E remove(int index);
- int indexOf(Object o);
- int lastIndexOf(Object o);
- ListIterator<E> listIterator();
- ListIterator<E> listIterator(int index);
- List<E> subList(int fromIndex, int toIndex);
- }
2 ArrayList
2.1 几个重点
- 底层是数组,初始大小为10
- 插入时会判断数组容量是否足够,不够的话会进行扩容
- 所谓扩容就是新建一个新的数组,然后将老的数据里面的元素复制到新的数组里面
- 移除元素的时候也涉及到数组中元素的移动,删除指定index位置的元素,然后将index+1至数组最后一个元素往前移动一个格
2.2 增删改查
1)增
- public boolean add(E e) {
- //进行数组容量判断,不够就扩容
- ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
- elementData[size++] = e;
- return true;
- }
- public void add(int index, E element) {
- //检查是否会越界
- rangeCheckForAdd(index);
- //进行数组容量判断,不够就扩容
- ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
- //将index至数据最后一个元素整体往后移动一格,然后插入新的元素
- System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
- size - index);
- elementData[index] = element;
- size++;
- }
2)删
- public E remove(int index) {
- //判断是否越界
- rangeCheck(index);
- modCount++;
- E oldValue = elementData(index);
- int numMoved = size - index - 1;
- //若该元素不是最后一个元素的话,将index+1至数组最后一个元素整体向前移动一格
- if (numMoved > 0)
- System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
- numMoved);
- elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
- return oldValue;
- }
- 3)改
- public E set(int index, E element) {
- rangeCheck(index);
- E oldValue = elementData(index);
- elementData[index] = element;
- return oldValue;
- }
逻辑很简单,将数组对应index的元素进行替换
4)查
- public E get(int index) {
- rangeCheck(index);
- return elementData(index);
- }
- E elementData(int index) {return (E) elementData[index]; }
逻辑很简单,进行数组越界判断,获取数组对应index的元素
2.3 总结
以上部分就是ArrayList的增删改查原理,以此也可以解答我们第二个问题了,ArrayList的底层是数组,所以查询的时候直接根据索引可以很快找到对应的元素,改也是如此,找到index对应元素进行替换。而增加和删除就涉及到数组元素的移动,所以会比较慢。
3 CopyOnWriteArrayList
3.1 几个要点
- 实现了List接口
- 内部持有一个ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
- 底层是用volatile transient声明的数组 array
- 读写分离,写时复制出一个新的数组,完成插入、修改或者移除操作后将新数组赋值给array
3.2 增删改查
1)增
- public boolean add(E e) {
- final ReentrantLock lock = this.lock;
- //获得锁
- lock.lock();
- try {
- Object[] elements = getArray();
- int len = elements.length;
- //复制一个新的数组
- Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
- //插入新值
- newElements[len] = e;
- //将新的数组指向原来的引用
- setArray(newElements);
- return true;
- } finally {
- //释放锁
- lock.unlock();
- }
- }
- 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;
- int numMoved = len - index;
- if (numMoved == 0)
- newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
- else {
- newElements = new Object[len + 1];
- System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
- System.arraycopy(elements, index, newElements, index + 1,
- numMoved);
- }
- newElements[index] = element;
- setArray(newElements);
- } finally {
- lock.unlock();
- }
- }
2)删
- public E remove(int index) {
- final ReentrantLock lock = this.lock;
- //获得锁
- lock.lock();
- try {
- Object[] elements = getArray();
- int len = elements.length;
- E oldValue = get(elements, index);
- int numMoved = len - index - 1;
- if (numMoved == 0)
- //如果删除的元素是最后一个,直接复制该元素前的所有元素到新的数组
- setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
- else {
- //创建新的数组
- Object[] newElements = new Object[len - 1];
- //将index+1至最后一个元素向前移动一格
- System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
- System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index,
- numMoved);
- setArray(newElements);
- }
- return oldValue;
- } finally {
- lock.unlock();
- }
- }
3)改
- public E set(int index, E element) {
- final ReentrantLock lock = this.lock;
- //获得锁
- lock.lock();
- try {
- Object[] elements = getArray();
- E oldValue = get(elements, index);
- if (oldValue != element) {
- int len = elements.length;
- //创建新数组
- Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len);
- //替换元素
- newElements[index] = element;
- //将新数组指向原来的引用
- setArray(newElements);
- } else {
- // Not quite a no-op; ensures volatile write semantics
- setArray(elements);
- }
- return oldValue;
- } finally {
- //释放锁
- lock.unlock();
- }
- }
4)查
- //直接获取index对应的元素
- public E get(int index) {return get(getArray(), index);}
- private E get(Object[] a, int index) {return (E) a[index];}
3.3 总结
从以上的增删改查中我们可以发现,增删改都需要获得锁,并且锁只有一把,而读操作不需要获得锁,支持并发。为什么增删改中都需要创建一个新的数组,操作完成之后再赋给原来的引用?这是为了保证get的时候都能获取到元素,如果在增删改过程直接修改原来的数组,可能会造成执行读操作获取不到数据。
4 CopyOnWriteArrayList为什么并发安全且性能比Vector好
我知道Vector是增删改查方法都加了synchronized,保证同步,但是每个方法执行的时候都要去获得锁,性能就会大大下降,而CopyOnWriteArrayList 只是在增删改上加锁,但是读不加锁,在读方面的性能就好于Vector,CopyOnWriteArrayList支持读多写少的并发情况。
转自:https://www.cnblogs.com/simple-focus/p/7439919.html
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