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JUC集合: CopyOnWriteArrayList详解

CopyOnWriteArrayList源码分析

类的继承关系

CopyOnWriteArrayList实现了List接口，List接口定义了对列表的基本操作；同时实现了RandomAccess接口，表示可以随机访问(数组具有随机访问的特性)；同时实现了Cloneable接口，表示可克隆；同时也实现了Serializable接口，表示可被序列化。

public class CopyOnWriteArrayList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {}

类的内部类

COWIterator类

COWIterator表示迭代器，其也有一个Object类型的数组作为CopyOnWriteArrayList数组的快照，这种快照风格的迭代器方法在创建迭代器时使用了对当时数组状态的引用。此数组在迭代器的生存期内不会更改，因此不可能发生冲突，并且迭代器保证不会抛出 ConcurrentModificationException。创建迭代器以后，迭代器就不会反映列表的添加、移除或者更改。在迭代器上进行的元素更改操作(remove、set 和 add)不受支持。这些方法将抛出 UnsupportedOperationException。

static final class COWIterator<E> implements ListIterator<E> {
    /** Snapshot of the array */
    // 快照
    private final Object[] snapshot;
    /** Index of element to be returned by subsequent call to next.  */
    // 游标
    private int cursor;
    // 构造函数
    private COWIterator(Object[] elements, int initialCursor) {
        cursor = initialCursor;
        snapshot = elements;
    }
    // 是否还有下一项
    public boolean hasNext() {
        return cursor < snapshot.length;
    }
    // 是否有上一项
    public boolean hasPrevious() {
        return cursor > 0;
    }
    // next项
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public E next() {
        if (! hasNext()) // 不存在下一项，抛出异常
            throw new NoSuchElementException();
        // 返回下一项
        return (E) snapshot[cursor++];
    }

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public E previous() {
        if (! hasPrevious())
            throw new NoSuchElementException();
        return (E) snapshot[--cursor];
    }
    
    // 下一项索引
    public int nextIndex() {
        return cursor;
    }
    
    // 上一项索引
    public int previousIndex() {
        return cursor-1;
    }

    /**
        * Not supported. Always throws UnsupportedOperationException.
        * @throws UnsupportedOperationException always; {@code remove}
        *         is not supported by this iterator.
        */
    // 不支持remove操作
    public void remove() {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

    /**
        * Not supported. Always throws UnsupportedOperationException.
        * @throws UnsupportedOperationException always; {@code set}
        *         is not supported by this iterator.
        */
    // 不支持set操作
    public void set(E e) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

    /**
        * Not supported. Always throws UnsupportedOperationException.
        * @throws UnsupportedOperationException always; {@code add}
        *         is not supported by this iterator.
        */
    // 不支持add操作
    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;
    }
}

类的属性

属性中有一个可重入锁，用来保证线程安全访问，还有一个Object类型的数组，用来存放具体的元素。当然，也使用到了反射机制和CAS来保证原子性的修改lock域。

public class CopyOnWriteArrayList<E>
    implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
    // 版本序列号
    private static final long serialVersionUID = 8673264195747942595L;
    // 可重入锁
    final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    // 对象数组，用于存放元素
    private transient volatile Object[] array;
    // 反射机制
    private static final sun.misc.Unsafe UNSAFE;
    // lock域的内存偏移量
    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);
        }
    }
}

类的构造函数

默认构造函数

public CopyOnWriteArrayList() {
    // 设置数组
    setArray(new Object[0]);
}

CopyOnWriteArrayList(Collection<? extends E>)型构造函数　该构造函数用于创建一个按 collection 的迭代器返回元素的顺序包含指定 collection 元素的列表。

public CopyOnWriteArrayList(Collection<? extends E> c) {
    Object[] elements;
    if (c.getClass() == CopyOnWriteArrayList.class) // 类型相同
        // 获取c集合的数组
        elements = ((CopyOnWriteArrayList<?>)c).getArray();
    else { // 类型不相同
        // 将c集合转化为数组并赋值给elements
        elements = c.toArray();
        // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
        if (elements.getClass() != Object[].class) // elements类型不为Object[]类型
            // 将elements数组转化为Object[]类型的数组
            elements = Arrays.copyOf(elements, elements.length, Object[].class);
    }
    // 设置数组
    setArray(elements);
}

该构造函数的处理流程如下

判断传入的集合c的类型是否为CopyOnWriteArrayList类型，若是，则获取该集合类型的底层数组(Object[])，并且设置当前CopyOnWriteArrayList的数组(Object[]数组)，进入步骤③；否则，进入步骤②

将传入的集合转化为数组elements，判断elements的类型是否为Object[]类型(toArray方法可能不会返回Object类型的数组)，若不是，则将elements转化为Object类型的数组。进入步骤③

设置当前CopyOnWriteArrayList的Object[]为elements。

CopyOnWriteArrayList(E[])型构造函数

该构造函数用于创建一个保存给定数组的副本的列表。

public CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn) {
    // 将toCopyIn转化为Object[]类型数组，然后设置当前数组
    setArray(Arrays.copyOf(toCopyIn, toCopyIn.length, Object[].class));
}