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本文目录
本文导读
一、什么是CopyOnWriteArrayList
1、什么是CopyOnWrite
2、迭代允许修改集合
3、CopyOnWriteArrayList适用场景
4、CopyOnWriteArrayList缺点
二、CopyOnWriteArrayList实现原理
1、CopyOnWriteArrayList数据结构
2、add() 方法
3、get() 方法
4、remove() 方法
总结
本文导读
本文讲解什么是CopyOnWriteArrayList以及他的特点、适用场景、缺点，CopyOnWriteArrayList的数据结构、add()、get() 方法、remove()方法的实现原理。
一、什么是CopyOnWriteArrayList
Java并发包（JDK1.5）里提供了使用CopyOnWrite机制实现的并发容器CopyOnWriteArrayList、CopyOnWriteArraySet，其底层是利用CopyOnWrite实现的。
1、什么是CopyOnWrite
CopyOnWriteArrayList 利用了“不变性”原理，因为容器每次修改都是创建新副本，所以对于旧容器是不可变的，也是线程安全的，无需进一步的同步操作。
可以对 CopyOnWrite 容器进行并发的读，而不需要加锁，因为当前容器不会添加任何元素，也不会有修改。CopyOnWriteArrayList 的所有修改操作（add，set等）都是通过创建底层数组的新副本来实现的，所以 CopyOnWrite 容器也是一种读写分离的思想体现，读和写使用不同的容器。
2、迭代允许修改集合
CopyOnWriteArrayList 的迭代器在迭代的时候，如果数组内容被修改了，CopyOnWriteArrayList 不会报 ConcurrentModificationException 的异常，因为迭代器使用的依然是旧数组，只不过迭代的内容可能已经过时了。
3、CopyOnWriteArrayList适用场景
读操作尽可能的快，而写即使慢一些也没关系（系统级别的信息，只需要加载或者修改很少的次数，但是会被系统内所有模块频繁的访问），读多写少（黑名单，不需要实时更新）。
4、CopyOnWriteArrayList缺点
内存占用问题：CopyOnWrite 的写时复制机制，所以在进行写操作的时候，内存里会同时驻扎两个对象的内存，这一点会占用额外的内存空间。
复制的开销很大：复制过程不仅会占用双倍内存，还需要消耗 CPU 等资源，会降低整体性能。
数据一致性问题： CopyOnWrite 容器的修改是先修改副本，所以这次修改对于其他线程来说，并不是实时能看到的，只有在修改完之后才能体现出来。如果写入的的数据马上能被其他线程看到，CopyOnWrite 容器是不适用的。
二、CopyOnWriteArrayList实现原理
1、CopyOnWriteArrayList数据结构
ReentrantLock 锁用来保证修改操作的线程安全，array 的 Object[] 数组是被 volatile 修饰的，可以保证数组的可见性，存储元素的数组。
public class CopyOnWriteArrayList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {// 可重入锁对象（全局锁）final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();// CopyOnWriteArrayList底层由数组实现，volatile修饰，保证数组的可见性private transient volatile Object[] array;// 得到数组final Object[] getArray() {return array;}// 设置数组final void setArray(Object[] a) {array = a;}// 初始化CopyOnWriteArrayList相当于初始化数组public CopyOnWriteArrayList() {setArray(new Object[0]);}
}2、add() 方法
add 方法利用 ReentrantLock 的 lock 方法进行加锁，获取锁之后，得到原数组的长度和元素，也就是利用 getArray 方法得到 elements 并且保存 length。（在添加的时候首先上锁，并复制一个新数组）
之后利用 Arrays.copyOf 方法复制出一个新的数组，得到一个和原数组内容相同的新数组，并且把新元素添加到新数组中。增加操作在新数组上完成）
完成添加动作后，需要转换引用所指向的对象，利用 setArray(newElements) 操作就可以把 volatile Object[] array 的指向替换成新数组，最后在 finally 中把锁解除。（将 array 指向到新数组，最后解锁）
CopyOnWrite 的思想：写操作是在原来容器的拷贝上进行的，并且在读数据的时候不会锁住 list。而且可以看到，如果对容器拷贝操作的过程中有新的读线程进来，那么读到的还是旧的数据，因为在那个时候对象的引用还没有被更改。
public boolean add(E e) {// 加锁final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lock();try {// 得到原数组的长度和元素Object[] elements = getArray();int len = elements.length;// 复制出一个新数组Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);// 添加时，将新元素添加到新数组中newElements[len] = e;// 将volatile Object[] array 的指向替换成新数组setArray(newElements);return true;} finally {lock.unlock();}
}3、get() 方法
get 相关的操作没有加锁，保证了读取操作的高速
public E get(int index) {return get(getArray(), index);
}
private E get(Object[] a, int index) {return (E) a[index];
}4、remove() 方法
/*** 删除此列表中指定位置的元素，会将后续元素向左移动*/
public E remove(int index) {final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lock();try {// 获取原数组Object[] elements = getArray();int len = elements.length;// 获取index下标的元素E oldValue = get(elements, index);// 计算需要移动的数量int numMoved = len - index - 1;if (numMoved == 0)// 删除的是末尾，将原数组减1setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));else {// 开辟新数组Object[] newElements = new Object[len - 1];// 复制前面System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);// 复制后面System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index, numMoved);// 修改原数组setArray(newElements);}return oldValue;} finally {lock.unlock();}
}总结
本文讲解什么是CopyOnWriteArrayList以及他的特点、适用场景、缺点，CopyOnWriteArrayList的数据结构、add()、get() 方法、remove()方法的实现原理。
