1 /*
2  * DO NOT ALTER OR REMOVE COPYRIGHT NOTICES OR THIS FILE HEADER.
3  *
4  * This code is free software; you can redistribute it and/or modify it
5  * under the terms of the GNU General Public License version 2 only, as
6  * published by the Free Software Foundation.  Oracle designates this
7  * particular file as subject to the "Classpath" exception as provided
8  * by Oracle in the LICENSE file that accompanied this code.
9  *
10  * This code is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT
11  * ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or
12  * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License
13  * version 2 for more details (a copy is included in the LICENSE file that
14  * accompanied this code).
15  *
16  * You should have received a copy of the GNU General Public License version
17  * 2 along with this work; if not, write to the Free Software Foundation,
18  * Inc., 51 Franklin St, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA.
19  *
20  * Please contact Oracle, 500 Oracle Parkway, Redwood Shores, CA 94065 USA
21  * or visit www.oracle.com if you need additional information or have any
22  * questions.
23  */

24
25 /*
26  * This file is available under and governed by the GNU General Public
27  * License version 2 only, as published by the Free Software Foundation.
28  * However, the following notice accompanied the original version of this
29  * file:
30  *
31  * Written by Doug Lea with assistance from members of JCP JSR-166
32  * Expert Group and released to the public domain, as explained at
33  * http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/
34  */

35
36 package java.util.concurrent;
37
38 import java.util.AbstractSet;
39 import java.util.Collection;
40 import java.util.Iterator;
41 import java.util.Objects;
42 import java.util.Set;
43 import java.util.Spliterator;
44 import java.util.Spliterators;
45 import java.util.function.Consumer;
46 import java.util.function.Predicate;
47
48 /**
49  * A {@link Set} that uses an internal {@link CopyOnWriteArrayList}
50  * for all of its operations.  Thus, it shares the same basic properties:
51  * <ul>
52  *  <li>It is best suited for applications in which set sizes generally
53  *       stay small, read-only operations
54  *       vastly outnumber mutative operations, and you need
55  *       to prevent interference among threads during traversal.
56  *  <li>It is thread-safe.
57  *  <li>Mutative operations ({@code add}, {@code set}, {@code remove}, etc.)
58  *      are expensive since they usually entail copying the entire underlying
59  *      array.
60  *  <li>Iterators do not support the mutative {@code remove} operation.
61  *  <li>Traversal via iterators is fast and cannot encounter
62  *      interference from other threads. Iterators rely on
63  *      unchanging snapshots of the array at the time the iterators were
64  *      constructed.
65  * </ul>
66  *
67  * <p><b>Sample Usage.</b> The following code sketch uses a
68  * copy-on-write set to maintain a set of Handler objects that
69  * perform some action upon state updates.
70  *
71  * <pre> {@code
72  * class Handler { void handle(); ... }
73  *
74  * class X {
75  *   private final CopyOnWriteArraySet<Handler> handlers
76  *     = new CopyOnWriteArraySet<>();
77  *   public void addHandler(Handler h) { handlers.add(h); }
78  *
79  *   private long internalState;
80  *   private synchronized void changeState() { internalState = ...; }
81  *
82  *   public void update() {
83  *     changeState();
84  *     for (Handler handler : handlers)
85  *       handler.handle();
86  *   }
87  * }}</pre>
88  *
89  * <p>This class is a member of the
90  * <a href="{@docRoot}/java.base/java/util/package-summary.html#CollectionsFramework">
91  * Java Collections Framework</a>.
92  *
93  * @see CopyOnWriteArrayList
94  * @since 1.5
95  * @author Doug Lea
96  * @param <E> the type of elements held in this set
97  */

98 public class CopyOnWriteArraySet<E> extends AbstractSet<E>
99         implements java.io.Serializable {
100     private static final long serialVersionUID = 5457747651344034263L;
101
102     private final CopyOnWriteArrayList<E> al;
103
104     /**
105      * Creates an empty set.
106      */

107     public CopyOnWriteArraySet() {
108         al = new CopyOnWriteArrayList<E>();
109     }
110
111     /**
112      * Creates a set containing all of the elements of the specified
113      * collection.
114      *
115      * @param c the collection of elements to initially contain
116      * @throws NullPointerException if the specified collection is null
117      */

118     public CopyOnWriteArraySet(Collection<? extends E> c) {
119         if (c.getClass() == CopyOnWriteArraySet.class) {
120             @SuppressWarnings("unchecked") CopyOnWriteArraySet<E> cc =
121                 (CopyOnWriteArraySet<E>)c;
122             al = new CopyOnWriteArrayList<E>(cc.al);
123         }
124         else {
125             al = new CopyOnWriteArrayList<E>();
126             al.addAllAbsent(c);
127         }
128     }
129
130     /**
131      * Returns the number of elements in this set.
132      *
133      * @return the number of elements in this set
134      */

135     public int size() {
136         return al.size();
137     }
138
139     /**
140      * Returns {@code trueif this set contains no elements.
141      *
142      * @return {@code trueif this set contains no elements
143      */

144     public boolean isEmpty() {
145         return al.isEmpty();
146     }
147
148     /**
149      * Returns {@code trueif this set contains the specified element.
150      * More formally, returns {@code trueif and only if this set
151      * contains an element {@code e} such that {@code Objects.equals(o, e)}.
152      *
153      * @param o element whose presence in this set is to be tested
154      * @return {@code trueif this set contains the specified element
155      */

156     public boolean contains(Object o) {
157         return al.contains(o);
158     }
159
160     /**
161      * Returns an array containing all of the elements in this set.
162      * If this set makes any guarantees as to what order its elements
163      * are returned by its iterator, this method must return the
164      * elements in the same order.
165      *
166      * <p>The returned array will be "safe" in that no references to it
167      * are maintained by this set.  (In other words, this method must
168      * allocate a new array even if this set is backed by an array).
169      * The caller is thus free to modify the returned array.
170      *
171      * <p>This method acts as bridge between array-based and collection-based
172      * APIs.
173      *
174      * @return an array containing all the elements in this set
175      */

176     public Object[] toArray() {
177         return al.toArray();
178     }
179
180     /**
181      * Returns an array containing all of the elements in this set; the
182      * runtime type of the returned array is that of the specified array.
183      * If the set fits in the specified array, it is returned therein.
184      * Otherwise, a new array is allocated with the runtime type of the
185      * specified array and the size of this set.
186      *
187      * <p>If this set fits in the specified array with room to spare
188      * (i.e., the array has more elements than this set), the element in
189      * the array immediately following the end of the set is set to
190      * {@code null}.  (This is useful in determining the length of this
191      * set <i>only</i> if the caller knows that this set does not contain
192      * any null elements.)
193      *
194      * <p>If this set makes any guarantees as to what order its elements
195      * are returned by its iterator, this method must return the elements
196      * in the same order.
197      *
198      * <p>Like the {@link #toArray()} method, this method acts as bridge between
199      * array-based and collection-based APIs.  Further, this method allows
200      * precise control over the runtime type of the output array, and may,
201      * under certain circumstances, be used to save allocation costs.
202      *
203      * <p>Suppose {@code x} is a set known to contain only strings.
204      * The following code can be used to dump the set into a newly allocated
205      * array of {@code String}:
206      *
207      * <pre> {@code String[] y = x.toArray(new String[0]);}</pre>
208      *
209      * Note that {@code toArray(new Object[0])} is identical in function to
210      * {@code toArray()}.
211      *
212      * @param a the array into which the elements of this set are to be
213      *        stored, if it is big enough; otherwise, a new array of the same
214      *        runtime type is allocated for this purpose.
215      * @return an array containing all the elements in this set
216      * @throws ArrayStoreException if the runtime type of the specified array
217      *         is not a supertype of the runtime type of every element in this
218      *         set
219      * @throws NullPointerException if the specified array is null
220      */

221     public <T> T[] toArray(T[] a) {
222         return al.toArray(a);
223     }
224
225     /**
226      * Removes all of the elements from this set.
227      * The set will be empty after this call returns.
228      */

229     public void clear() {
230         al.clear();
231     }
232
233     /**
234      * Removes the specified element from this set if it is present.
235      * More formally, removes an element {@code e} such that
236      * {@code Objects.equals(o, e)}, if this set contains such an element.
237      * Returns {@code trueif this set contained the element (or
238      * equivalently, if this set changed as a result of the call).
239      * (This set will not contain the element once the call returns.)
240      *
241      * @param o object to be removed from this set, if present
242      * @return {@code trueif this set contained the specified element
243      */

244     public boolean remove(Object o) {
245         return al.remove(o);
246     }
247
248     /**
249      * Adds the specified element to this set if it is not already present.
250      * More formally, adds the specified element {@code e} to this set if
251      * the set contains no element {@code e2} such that
252      * {@code Objects.equals(e, e2)}.
253      * If this set already contains the element, the call leaves the set
254      * unchanged and returns {@code false}.
255      *
256      * @param e element to be added to this set
257      * @return {@code trueif this set did not already contain the specified
258      *         element
259      */

260     public boolean add(E e) {
261         return al.addIfAbsent(e);
262     }
263
264     /**
265      * Returns {@code trueif this set contains all of the elements of the
266      * specified collection.  If the specified collection is also a set, this
267      * method returns {@code trueif it is a <i>subset</i> of this set.
268      *
269      * @param  c collection to be checked for containment in this set
270      * @return {@code trueif this set contains all of the elements of the
271      *         specified collection
272      * @throws NullPointerException if the specified collection is null
273      * @see #contains(Object)
274      */

275     public boolean containsAll(Collection<?> c) {
276         return (c instanceof Set)
277             ? compareSets(al.getArray(), (Set<?>) c) >= 0
278             : al.containsAll(c);
279     }
280
281     /**
282      * Tells whether the objects in snapshot (regarded as a set) are a
283      * superset of the given set.
284      *
285      * @return -1 if snapshot is not a superset, 0 if the two sets
286      * contain precisely the same elements, and 1 if snapshot is a
287      * proper superset of the given set
288      */

289     private static int compareSets(Object[] snapshot, Set<?> set) {
290         // Uses O(n^2) algorithm, that is only appropriate for small
291         // sets, which CopyOnWriteArraySets should be.
292         //
293         // Optimize up to O(n) if the two sets share a long common prefix,
294         // as might happen if one set was created as a copy of the other set.
295
296         final int len = snapshot.length;
297         // Mark matched elements to avoid re-checking
298         final boolean[] matched = new boolean[len];
299
300         // j is the largest int with matched[i] true for { i | 0 <= i < j }
301         int j = 0;
302         outer: for (Object x : set) {
303             for (int i = j; i < len; i++) {
304                 if (!matched[i] && Objects.equals(x, snapshot[i])) {
305                     matched[i] = true;
306                     if (i == j)
307                         do { j++; } while (j < len && matched[j]);
308                     continue outer;
309                 }
310             }
311             return -1;
312         }
313         return (j == len) ? 0 : 1;
314     }
315
316     /**
317      * Adds all of the elements in the specified collection to this set if
318      * they're not already present.  If the specified collection is also a
319      * set, the {@code addAll} operation effectively modifies this set so
320      * that its value is the <i>union</i> of the two sets.  The behavior of
321      * this operation is undefined if the specified collection is modified
322      * while the operation is in progress.
323      *
324      * @param  c collection containing elements to be added to this set
325      * @return {@code trueif this set changed as a result of the call
326      * @throws NullPointerException if the specified collection is null
327      * @see #add(Object)
328      */

329     public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
330         return al.addAllAbsent(c) > 0;
331     }
332
333     /**
334      * Removes from this set all of its elements that are contained in the
335      * specified collection.  If the specified collection is also a set,
336      * this operation effectively modifies this set so that its value is the
337      * <i>asymmetric set difference</i> of the two sets.
338      *
339      * @param  c collection containing elements to be removed from this set
340      * @return {@code trueif this set changed as a result of the call
341      * @throws ClassCastException if the class of an element of this set
342      *         is incompatible with the specified collection
343      * (<a href="{@docRoot}/java.base/java/util/Collection.html#optional-restrictions">optional</a>)
344      * @throws NullPointerException if this set contains a null element and the
345      *         specified collection does not permit null elements
346      * (<a href="{@docRoot}/java.base/java/util/Collection.html#optional-restrictions">optional</a>),
347      *         or if the specified collection is null
348      * @see #remove(Object)
349      */

350     public boolean removeAll(Collection<?> c) {
351         return al.removeAll(c);
352     }
353
354     /**
355      * Retains only the elements in this set that are contained in the
356      * specified collection.  In other words, removes from this set all of
357      * its elements that are not contained in the specified collection.  If
358      * the specified collection is also a set, this operation effectively
359      * modifies this set so that its value is the <i>intersection</i> of the
360      * two sets.
361      *
362      * @param  c collection containing elements to be retained in this set
363      * @return {@code trueif this set changed as a result of the call
364      * @throws ClassCastException if the class of an element of this set
365      *         is incompatible with the specified collection
366      * (<a href="{@docRoot}/java.base/java/util/Collection.html#optional-restrictions">optional</a>)
367      * @throws NullPointerException if this set contains a null element and the
368      *         specified collection does not permit null elements
369      * (<a href="{@docRoot}/java.base/java/util/Collection.html#optional-restrictions">optional</a>),
370      *         or if the specified collection is null
371      * @see #remove(Object)
372      */

373     public boolean retainAll(Collection<?> c) {
374         return al.retainAll(c);
375     }
376
377     /**
378      * Returns an iterator over the elements contained in this set
379      * in the order in which these elements were added.
380      *
381      * <p>The returned iterator provides a snapshot of the state of the set
382      * when the iterator was constructed. No synchronization is needed while
383      * traversing the iterator. The iterator does <em>NOT</em> support the
384      * {@code remove} method.
385      *
386      * @return an iterator over the elements in this set
387      */

388     public Iterator<E> iterator() {
389         return al.iterator();
390     }
391
392     /**
393      * Compares the specified object with this set for equality.
394      * Returns {@code trueif the specified object is the same object
395      * as this object, or if it is also a {@link Set} and the elements
396      * returned by an {@linkplain Set#iterator() iterator} over the
397      * specified set are the same as the elements returned by an
398      * iterator over this set.  More formally, the two iterators are
399      * considered to return the same elements if they return the same
400      * number of elements and for every element {@code e1} returned by
401      * the iterator over the specified set, there is an element
402      * {@code e2} returned by the iterator over this set such that
403      * {@code Objects.equals(e1, e2)}.
404      *
405      * @param o object to be compared for equality with this set
406      * @return {@code trueif the specified object is equal to this set
407      */

408     public boolean equals(Object o) {
409         return (o == this)
410             || ((o instanceof Set)
411                 && compareSets(al.getArray(), (Set<?>) o) == 0);
412     }
413
414     /**
415      * @throws NullPointerException {@inheritDoc}
416      */

417     public boolean removeIf(Predicate<? super E> filter) {
418         return al.removeIf(filter);
419     }
420
421     /**
422      * @throws NullPointerException {@inheritDoc}
423      */

424     public void forEach(Consumer<? super E> action) {
425         al.forEach(action);
426     }
427
428     /**
429      * Returns a {@link Spliterator} over the elements in this set in the order
430      * in which these elements were added.
431      *
432      * <p>The {@code Spliterator} reports {@link Spliterator#IMMUTABLE},
433      * {@link Spliterator#DISTINCT}, {@link Spliterator#SIZED}, and
434      * {@link Spliterator#SUBSIZED}.
435      *
436      * <p>The spliterator provides a snapshot of the state of the set
437      * when the spliterator was constructed. No synchronization is needed while
438      * operating on the spliterator.
439      *
440      * @return a {@code Spliterator} over the elements in this set
441      * @since 1.8
442      */

443     public Spliterator<E> spliterator() {
444         return Spliterators.spliterator
445             (al.getArray(), Spliterator.IMMUTABLE | Spliterator.DISTINCT);
446     }
447 }
448