深刻Java集合學習系列：深刻CopyOnWriteArraySet

http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3498497.html?utm_source=tuicool

概要

本章是JUC系列中的CopyOnWriteArraySet篇。接下來，會先對CopyOnWriteArraySet進行基本介紹，而後再說明它的原理，接着經過代碼去分析，最後經過示例更進一步的瞭解CopyOnWriteArraySet。內容包括：
CopyOnWriteArraySet介紹
CopyOnWriteArraySet原理和數據結構
CopyOnWriteArraySet函數列表
CopyOnWriteArraySet源碼(JDK1.7.0_40版本)
CopyOnWriteArraySet示例

轉載請註明出處：http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3498497.html

 

CopyOnWriteArraySet介紹

它是線程安全的無序的集合，能夠將它理解成線程安全的HashSet。有意思的是，CopyOnWriteArraySet和HashSet雖然都繼承於共同的父類AbstractSet；可是，HashSet是經過「散列表(HashMap)」實現的，而CopyOnWriteArraySet則是經過「動態數組(CopyOnWriteArrayList)」實現的，並非散列表。
和CopyOnWriteArrayList相似，CopyOnWriteArraySet具備如下特性：
1. 它最適合於具備如下特徵的應用程序：Set 大小一般保持很小，只讀操做遠多於可變操做，須要在遍歷期間防止線程間的衝突。
2. 它是線程安全的。
3. 由於一般須要複製整個基礎數組，因此可變操做（add()、set() 和 remove() 等等）的開銷很大。
4. 迭代器支持hasNext(), next()等不可變操做，但不支持可變 remove()等 操做。
5. 使用迭代器進行遍歷的速度很快，而且不會與其餘線程發生衝突。在構造迭代器時，迭代器依賴於不變的數組快照。

建議：在學習CopyOnWriteArraySet以前，先經過"Java 集合系列16之 HashSet詳細介紹(源碼解析)和使用示例"對HashSet進行了解。

 

CopyOnWriteArraySet原理和數據結構

CopyOnWriteArraySet的數據結構，以下圖所示：

說明：
  1. CopyOnWriteArraySet繼承於AbstractSet，這就意味着它是一個集合。
  2. CopyOnWriteArraySet包含CopyOnWriteArrayList對象，它是經過CopyOnWriteArrayList實現的。而CopyOnWriteArrayList本質是個動態數組隊列，
因此CopyOnWriteArraySet至關於經過經過動態數組實現的「集合」！ CopyOnWriteArrayList中容許有重複的元素；可是，CopyOnWriteArraySet是一個集合，因此它不能有重複集合。所以，CopyOnWriteArrayList額外提供了addIfAbsent()和addAllAbsent()這兩個添加元素的API，經過這些API來添加元素時，只有當元素不存在時才執行添加操做！
   至於CopyOnWriteArraySet的「線程安全」機制，和CopyOnWriteArrayList同樣，是經過volatile和互斥鎖來實現的。這個在前一章節介紹CopyOnWriteArrayList時數據結構時，已經進行了說明，這裏就再也不重複敘述了。

 

CopyOnWriteArraySet函數列表

// 建立一個空 set。
CopyOnWriteArraySet()
// 建立一個包含指定 collection 全部元素的 set。
CopyOnWriteArraySet(Collection<? extends E> c)

// 若是指定元素並不存在於此 set 中，則添加它。
boolean add(E e)
// 若是此 set 中沒有指定 collection 中的全部元素，則將它們都添加到此 set 中。
boolean addAll(Collection<? extends E> c)
// 移除此 set 中的全部元素。
void clear()
// 若是此 set 包含指定元素，則返回 true。
boolean contains(Object o)
// 若是此 set 包含指定 collection 的全部元素，則返回 true。
boolean containsAll(Collection<?> c)
// 比較指定對象與此 set 的相等性。
boolean equals(Object o)
// 若是此 set 不包含任何元素，則返回 true。
boolean isEmpty()
// 返回按照元素添加順序在此 set 中包含的元素上進行迭代的迭代器。
Iterator<E> iterator()
// 若是指定元素存在於此 set 中，則將其移除。
boolean remove(Object o)
// 移除此 set 中包含在指定 collection 中的全部元素。
boolean removeAll(Collection<?> c)
// 僅保留此 set 中那些包含在指定 collection 中的元素。
boolean retainAll(Collection<?> c)
// 返回此 set 中的元素數目。
int size()
// 返回一個包含此 set 全部元素的數組。
Object[] toArray()
// 返回一個包含此 set 全部元素的數組；返回數組的運行時類型是指定數組的類型。
<T> T[] toArray(T[] a)

 

CopyOnWriteArraySet源碼(JDK1.7.0_40版本)

CopyOnWriteArraySet.java的完整源碼以下：

  View Code

CopyOnWriteArraySet是經過CopyOnWriteArrayList實現的，它的API基本上都是經過調用CopyOnWriteArrayList的API來實現的。相信對CopyOnWriteArrayList瞭解的話，對CopyOnWriteArraySet的瞭解是水到渠成的事；因此，這裏就再也不對CopyOnWriteArraySet的代碼進行詳細的解析了。若對CopyOnWriteArrayList不瞭解，請參考「Java多線程系列--「JUC集合」02之 CopyOnWriteArrayList」。

 

CopyOnWriteArraySet示例

下面，咱們經過一個例子去對比HashSet和CopyOnWriteArraySet。

import java.util.*;
import java.util.concurrent.*;

/*
 *   CopyOnWriteArraySet是「線程安全」的集合，而HashSet是非線程安全的。
 *
 *   下面是「多個線程同時操做而且遍歷集合set」的示例
 *   (01) 當set是CopyOnWriteArraySet對象時，程序能正常運行。
 *   (02) 當set是HashSet對象時，程序會產生ConcurrentModificationException異常。
 *
 * @author skywang
 */
public class CopyOnWriteArraySetTest1 {

    // TODO: set是HashSet對象時，程序會出錯。
    //private static Set<String> set = new HashSet<String>();
    private static Set<String> set = new CopyOnWriteArraySet<String>();
    public static void main(String[] args) {
    
        // 同時啓動兩個線程對set進行操做！
        new MyThread("ta").start();
        new MyThread("tb").start();
    }

    private static void printAll() {
        String value = null;
        Iterator iter = set.iterator();
        while(iter.hasNext()) {
            value = (String)iter.next();
            System.out.print(value+", ");
        }
        System.out.println();
    }

    private static class MyThread extends Thread {
        MyThread(String name) {
            super(name);
        }
        @Override
        public void run() {
                int i = 0;
            while (i++ < 10) {
                // 「線程名」 + "-" + "序號"
                String val = Thread.currentThread().getName() + "-" + (i%6);
                set.add(val);
                // 經過「Iterator」遍歷set。
                printAll();
            }
        }
    }
}

(某一次)運行結果：

ta-1, tb-1, ta-1, 
tb-1, ta-1, 
tb-1, ta-1, ta-2, 
tb-1, ta-1, ta-2, tb-1, tb-2, 
ta-2, ta-1, tb-2, tb-1, ta-3, 
ta-2, ta-1, tb-2, tb-1, ta-3, ta-2, tb-3, 
tb-2, ta-1, ta-3, tb-1, tb-3, ta-2, ta-4, 
tb-2, ta-1, ta-3, tb-1, tb-3, ta-2, ta-4, tb-2, tb-4, 
ta-3, ta-1, tb-3, tb-1, ta-4, ta-2, tb-4, tb-2, ta-5, 
ta-3, ta-1, tb-3, tb-1, ta-4, ta-2, tb-4, tb-2, ta-5, ta-3, tb-5, 
tb-3, ta-1, ta-4, tb-1, tb-4, ta-2, ta-5, tb-2, tb-5, ta-3, ta-0, 
tb-3, ta-1, ta-4, tb-1, tb-4, ta-2, ta-5, tb-2, tb-5, ta-3, ta-0, tb-3, tb-0, 
ta-4, ta-1, tb-4, tb-1, ta-5, ta-2, tb-5, tb-2, ta-0, ta-3, tb-0, 
tb-3, ta-1, ta-4, tb-1, tb-4, ta-2, ta-5, tb-5, ta-0, tb-0, 
ta-1, tb-2, tb-1, ta-3, ta-2, tb-3, tb-2, ta-4, ta-3, tb-4, tb-3, ta-5, ta-4, tb-5, tb-4, ta-0, ta-5, tb-0, 
tb-5, ta-1, ta-0, tb-1, tb-0, 
ta-2, ta-1, tb-2, tb-1, ta-3, ta-2, tb-3, tb-2, ta-4, ta-3, tb-4, tb-3, ta-5, tb-5, ta-0, tb-0, 
ta-4, ta-1, tb-4, tb-1, ta-5, ta-2, tb-5, tb-2, ta-0, ta-3, tb-0, 
tb-3, ta-1, ta-4, tb-1, tb-4, ta-2, ta-5, tb-2, tb-5, ta-3, ta-0, tb-3, tb-0, 
ta-4, tb-4, ta-5, tb-5, ta-0, tb-0, 

結果說明：
因爲set是集合對象，所以它不會包含重複的元素。
若是將源碼中的set改爲HashSet對象時，程序會產生ConcurrentModificationException異常。

 

---

更多內容

1. Java多線程系列--「JUC集合」01之 框架

2. Java多線程系列--「JUC集合」02之 CopyOnWriteArrayLis

3. Java多線程系列目錄(共xx篇)

4. Java 集合系列目錄(Category)