System.arraycopy方法詳解 深淺拷貝
System：System.arraycopy方法詳解
java 4.5k 次閱讀 · 讀完需要 29 分鐘
看 JDK 原始碼的時候，Java 開發設計者在對陣列的複製時，通常都會使用 System.arraycopy() 方法。
其實對陣列的複製，有四種方法：
for
clone
System.arraycopy
arrays.copyof
本文章主要分析 System.arraycopy() ，帶著幾個問題去看這個方法：
深複製，還是淺複製
String 的一維陣列和二維陣列複製是否有區別
執行緒安全，還是不安全
高效還是低效
System.arraycopy() 的 API ：
public static void arraycopy(
Object src, //源陣列
int srcPos, //源陣列的起始位置
Object dest, //目標陣列
int destPos, //目標陣列的起始位置
int length //複製長度
)
深複製還是淺複製
程式碼：物件陣列的複製：
public class SystemArrayCopyTestCase {
public static void main(String[] args) {
User[] users = new User[] {
new User(1, "seven", " }
class User {
private Integer id;
private String username;
private String email;
// 無參建構函式
public User() {
}
// 有參的建構函式
public User(Integer id, String username, String email) {
super();
this.id = id;
this.username = username;
this.email = email;
}
public Integer getId() {
return id;
}
public void setId(Integer id) {
this.id = id;
}
public String getUsername() {
return username;
}
public void setUsername(String username) {
this.username = username;
}
public String getEmail() {
return email;
}
public void setEmail(String email) {
this.email = email;
}
@Override
public String toString() {
return "User [id=" + id + ", username=" + username + ", email=" + email + "]";
}
}
圖示：物件複製的圖示
clipboard.png
所以，得出的結論是，System.arraycopy() 在拷貝陣列的時候，採用的使用潛複製，複製結果是一維的引用變數傳遞給副本的一維陣列，修改副本時，會影響原來的陣列。
一維陣列和多維陣列的複製的區別
程式碼：一維陣列的複製
String[] st = {"A","B","C","D","E"};
String[] dt = new String[5];
System.arraycopy(st, 0, dt, 0, 5);
//改變dt的值
dt[3] = "M";
dt[4] = "V";
System.out.println("兩個陣列地址是否相同：" + (st == dt)); //false
for(String str : st){
System.out.print(" " + str +" "); // A B C D E
}
System.out.println();
for(String str : dt){
System.out.print(" " + str +" "); // A B C M V
}
使用該方法對一維陣列在進行復制之後，目標陣列修改不會影響原資料，這種複製屬性值傳遞，修改副本不會影響原來的值。
但是，請重點看以下程式碼：
String[] st = {"A","B","C","D","E"};
String[] dt = new String[5];
System.arraycopy(st, 0, dt, 0, 5);
for(String str : st){
System.out.print(" " + str +" "); // A B C D E
}
System.out.println();
for(String str : dt){
System.out.print(" " + str +" "); // A B C D E
}
System.out.println("陣列內對應位置的String地址是否相同:" + st[0] == dt[0]); // true
既然是屬性值傳遞，為什麼 st[0] == dt[0] 會相等呢? 我們再深入驗證一下：
String[] st = {"A","B","C","D","E"};
String[] dt = new String[5];
System.arraycopy(st, 0, dt, 0, 5);
dt[0] = "F" ;
for(String str : st){
System.out.print(" " + str +" "); // A B C D E
}
System.out.println();
for(String str : dt){
System.out.print(" " + str +" "); // F B C D E
}
System.out.println("陣列內對應位置的String地址是否相同:" + st[0] == dt[0]); // false
為什麼會出現以上的情況呢？
通過以上兩段程式碼可以推斷，在System.arraycopy()進行復制的時候，首先檢查了字串常量池是否存在該字面量，一旦存在，則直接返回對應的記憶體地址，如不存在，則在記憶體中開闢空間儲存對應的物件。
程式碼：二維陣列的複製
String[][] s1 = {
{"A1","B1","C1","D1","E1"},
{"A2","B2","C2","D2","E2"},
{"A3","B3","C3","D3","E3"}
};
String[][] s2 = new String[s1.length][s1[0].length];
System.arraycopy(s1, 0, s2, 0, s2.length);
for(int i = 0;i < s1.length ;i++){
for(int j = 0; j< s1[0].length ;j++){
System.out.print(" " + s1[i][j] + " ");
}
System.out.println();
}
// A1 B1 C1 D1 E1
// A2 B2 C2 D2 E2
// A3 B3 C3 D3 E3
s2[0][0] = "V";
s2[0][1] = "X";
s2[0][2] = "Y";
s2[0][3] = "Z";
s2[0][4] = "U";
System.out.println("----修改值後----");
for(int i = 0;i < s1.length ;i++){
for(int j = 0; j< s1[0].length ;j++){
System.out.print(" " + s1[i][j] + " ");
}
System.out.println();
}
// Z Y X Z U
// A2 B2 C2 D2 E2
// A3 B3 C3 D3 E3
上述程式碼是對二維陣列進行復制，陣列的第一維裝的是一個一維陣列的引用，第二維裡是元素數值。對二維陣列進行復制後後，第一維的引用被複制給新陣列的第一維，也就是兩個陣列的第一維都指向相同的“那些陣列”。而這時改變其中任何一個數組的元素的值，其實都修改了“那些陣列”的元素的值，所以原陣列和新陣列的元素值都一樣了。
執行緒安全，還是不安全
程式碼：多執行緒對陣列進行復制 (java中System.arraycopy是執行緒安全的嗎？ )
public class ArrayCopyThreadSafe {
private static int[] arrayOriginal = new int[1024 * 1024 * 10];
private static int[] arraySrc = new int[1024 * 1024 * 10];
private static int[] arrayDist = new int[1024 * 1024 * 10];
private static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
private static void modify() {
for (int i = 0; i < arraySrc.length; i++) {
arraySrc[i] = i + 1;
}
}
private static void copy() {
System.arraycopy(arraySrc, 0, arrayDist, 0, arraySrc.length);
}
private static void init() {
for (int i = 0; i < arraySrc.length; i++) {
arrayOriginal[i] = i;
arraySrc[i] = i;
arrayDist[i] = 0;
}
}
private static void doThreadSafeCheck() throws Exception {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
System.out.println("run count: " + (i + 1));
init();
Condition condition = lock.newCondition();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
lock.lock();
condition.signalAll();
lock.unlock();
copy();
}
}).start();
lock.lock();
// 這裡使用 Condition 來保證拷貝執行緒先已經運行了.
condition.await();
lock.unlock();
Thread.sleep(2); // 休眠2毫秒, 確保拷貝操作已經執行了, 才執行修改操作.
modify();
if (!Arrays.equals(arrayOriginal, arrayDist)) {
throw new RuntimeException("System.arraycopy is not thread safe");
}
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
doThreadSafeCheck();
}
}
這個例子的具體操作是:
arrayOriginal 和 arraySrc 初始化時是相同的, 而 arrayDist 是全為零的.
啟動一個執行緒執行 copy() 方法來拷貝 arraySrc 到 arrayDist 中.
在主執行緒執行 modify() 操作, 修改 arraySrc 的內容. 為了確保 copy() 操作先於 modify() 操作, 我使用 Condition, 並且延時了兩毫秒, 以此來保證執行拷貝操作(即System.arraycopy) 先於修改操作.
根據第三點, 如果 System.arraycopy 是執行緒安全的, 那麼先執行拷貝操作, 再執行修改操作時, 不會影響複製結果, 因此 arrayOriginal 必然等於 arrayDist; 而如果 System.arraycopy 是執行緒不安全的, 那麼 arrayOriginal 不等於 arrayDist.
根據上面的推理, 執行一下程式, 有如下輸出:
run count: 1
run count: 2
Exception in thread “main” java.lang.RuntimeException: System.arraycopy is not thread safe
at com.test.ArrayCopyThreadSafe.doThreadSafeCheck(ArrayCopyThreadSafe.java:62)
at com.test.ArrayCopyThreadSafe.main(ArrayCopyThreadSafe.java:68)
所以，System.arraycopy是不安全的。
高效還是低效
程式碼：for vs System.arraycopy 複製陣列
String[] srcArray = new String[1000000];
String[] forArray = new String[srcArray.length];
String[] arrayCopyArray = new String[srcArray.length];
//初始化陣列
for(int index = 0 ; index < srcArray.length ; index ++){
srcArray[index] = String.valueOf(index);
}
long forStartTime = System.currentTimeMillis();
for(int index = 0 ; index < srcArray.length ; index ++){
forArray[index] = srcArray[index];
}
long forEndTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("for方式複製陣列：" + (forEndTime - forStartTime));
long arrayCopyStartTime = System.currentTimeMillis();
System.arraycopy(srcArray,0,arrayCopyArray,0,srcArray.length);
long arrayCopyEndTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("System.arraycopy複製陣列：" + (arrayCopyEndTime - arrayCopyStartTime));
通過以上程式碼，當測試陣列的範圍比較小的時候，兩者相差的時間無幾，當測試陣列的長度達到百萬級別，System.arraycopy的速度優勢就開始體現了，根據對底層的理解，System.arraycopy是對記憶體直接進行復制，減少了for迴圈過程中的定址時間，從而提高了效能。