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JUC-CopyOnWriteArrayList源码学习

news 2026/7/28 15:02:00

1.概述

JUC包下的并发List只有CopyOnWriteArrayList。该arrayList是线程安全的arrayList，对其修改的操作都是都是在一个副本数组进行的，也即是采用写时复制的策略。如图1为该类的继续关系，在开始阅读CopyOnWriteArrayList的时候，不妨大家可以思考一下，假如自己写一个写时复制的线程安全的list，有哪些点需要考虑：

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？
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图1

2.主要方法源码分析

2.1:添加元素

在copyOnWriteArrayList添加元素有很多重载方法，他们原理类似，本文只以#add(E e)进行分析。

public boolean add(E e) { //1.独占锁 final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock(); try { //2.获取数据数组 Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; //3.将数据复制到新的数组 Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1); newElements[len] = e; //4.替换原先数组 setArray(newElements); return true; } finally { //释放锁 lock.unlock(); } }

上面代码的逻辑比较简单，主要是先获取独占锁，将原先数据复制到新数组并把新增的数据添加到新数组中，然后用新数组代替旧数组。

2.2:获取元素

分析可得，通过get方法获取指定位置元素的时候，首先是获取存储数据的array数组，然后返回指定下标的元素，整个过程都没有锁同步，假如在执行第二步之前，第一步之后有线程进行了修改，此处就会产生弱一致性问题。因为在获取的过程中，始终指向的是旧数组，而修改都在修改新数组，然后再修改CopyOnWriteArrayList里面存储数组元素变量的引用指向。

2.3:修改元素

public E set(int index, E element) { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock(); try { Object[] elements = getArray(); E oldValue = get(elements, index); 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 setArray(elements); } return oldValue; } finally { lock.unlock(); } }

首先获取了独占锁，从而阻止其他线程对 array 数组进行修改，然后获取当前数组，并调用 get 方法获取指定位置的元素，如果指定位置的元素值与新值不一致则创建新数组井复制元素，然后在新数组上修改指定位置的元素值并设置新数组到 array。如果指定位置的元素值与新值一样，则为了保证 volatile 语义，还是需要重新设置 array，虽然 array 的内容并没有改变。

2.4:删除元素

public E remove(int index) { final ReentrantLock lock = this.lock; //获取独占锁 lock.lock(); try { //获取旧数组 Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; //原值 E oldValue = get(elements, index); int numMoved = len - index - 1; //删除最后一个元素 if (numMoved == 0) setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1)); else { //信数组的数据分两次复制 Object[] newElements = new Object[len - 1]; System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index); System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index, numMoved); //修改存储数据变量的指针引用 setArray(newElements); } return oldValue; } finally { lock.unlock(); } }

如上代码其实和新增元素的代码类似，首先获取独占锁以保证删除数据期间其他线程不能对 array 进行修改，然后获取数组中要被删除的元素，并把剩余的元素复制到新数组，之后使用新数组替换原来的数组，最后在返回前释放锁。

3.迭代器的弱一致性

在讲解迭代器弱一致性的时候，可先看一下此处代码的运行结果。

结果：

此处细节可自己研究CopyOnWriteArrayList迭代器内部类COWIterator，当其它线程修改了CopyOnWriteArrayList的数据的是哈，COWIterator里面的snapshot其实保存的就是一个副本。