什么是CopyOnWrite

写时复制（Copy-on-write，简称COW）是读写分离的一种实现方式，因为读和写在不同的容器中。

核心思想：线程在修改数据的时，会将原数据复制一份，然后在副本上修改，最后再把原数据的引用（指针）更新为新数据的引用（指针）。

CopyOnwrite特点

• 可以让读线程和写线程并发执行，读线程可以完全不加锁，能提高效率。（优点）
• 不能保证读写过程中数据的实时一致性（只能保证弱一致性/最终一致性），因为在写入后，原本读线程读取到的数据不会马上更新（需要等本次get结束后后面的get才能读到最新的数据），只有最新的读取才是最新的数据。（缺点）
• 需要额外的空间开销，因为每次修改都要copy一份数据（缺点）

注意：

• 在副本上修改完内容后，并不是直接将新旧的元素值替换为的元素值，而是替换地址（引用）；比如原数组int[] Data = array1，而array1={1,2,3}，副本数组是array2={1,2,3}，把array2修改成{3,4,5}后，直接把array1弃用掉，此时Data = array2 ，值为{3,4，5}
• 写和写肯定还是不能并发执行的，要加互斥锁

图解CopyOnWrite流程

首先，可以有多个读线程读数据，然后只能有一个写线程修改数据，修改数据时，先copy一个副本，然后在副本上修改

修改完副本内容之后，把原本引用覆盖掉，此时原本的读线程如果当前读取操作没有执行完毕，则读取的还是原来的数据，而如果来了新的读线程，读取到的就是新的数据（新的内存地址）

如果原本读线程1、2、3刚刚的读取操作结束了，进行的新的读取，那此时读取的就一定是新的数据了

为什么说它不能保证数据的实时一致性？

因为如果在某一次读取过程还没执行完毕时（执行一部分），数据被修改了，那么本次读取对修改就会感知不到，只有下一次读取才是最新的数据。本次读取的数据相对于最新数据来说可能存在滞后性（时延），所以说它不能保证实时一致性，因为实时一致性要求就算你某次读取中途被修改，它也应该立刻感知到。

结合CopyOnWriteArrayList源码分析

底层是一个数组array（只能通过get和set方法访问），用volatile修饰（注意修饰的是数组引用，不是数组内容），如果这个引用被更新了，也就是执行了add、set等方法，其它线程会马上感知到这个数组的变化，后面的读取也就是新的值了

add方法

/*** Appends the specified element to the end of this list.** @param e element to be appended to this list* @return {@code true} (as specified by {@link Collection#add})*/
public boolean add(E e) {final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lock();//加锁，保证写线程互斥try {Object[] elements = getArray();int len = elements.length;Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);//copy一个新数组，size为当前length+1newElements[len] = e;//在新数组上添加元素setArray(newElements);//新数组覆盖旧数组（注意覆盖的是地址，不是数组内容）return true;} finally {lock.unlock();//解锁}
}

set也是类似过程，只不过copy的数组的size和原来的一样

    /*** Replaces the element at the specified position in this list with the* specified element.** @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}*/public E set(int index, E element) {final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lock();//加锁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 semanticssetArray(elements);//更新数组}return oldValue;} finally {lock.unlock();//解锁}}

可以看到，传入的a是一个数组，直接把a赋值给array代表的是修改引用

    /*** Sets the array.*/final void setArray(Object[] a) {array = a;}

get方法

    @SuppressWarnings("unchecked")private E get(Object[] a, int index) {return (E) a[index];}

分析：

既然volatile可以保证修改后的可见性，那为什么上面的图2中的读线程读取的还是旧数据？

因为读取方法不是一个原子操作，有可能读操作已经进入到旧的内存中去取值了，就算此时把旧的内存地址换成新的内存地址，本次读操作也感知不到了。

比如CopyOnWriteArrayList的get方法，在一次读取中分成两步

1、先读取原数组内存

2、通过下标访问该内存中指定位置的元素

如果已经执行了步骤1，还没有执行步骤2，这时候有一个写线程把数据修改了，那么执行步骤2的时候访问的就还是旧的数组内容。也就是说某一次get读取过程中数据被修改的话，有可能还是读的是旧的数据，只有下一个读取get才是最新的，这就是数据的弱一致性。

那后续读线程1、读线程2、读线程3后续再继续读数据的时候，读取到的是最新数据还是旧的数据？

是新的，因为volatile会保证更新后其它线程可见。

什么时候用

• 读多写少的时候用，且尽量用批量修改操作，因为每次修改都会copy副本

和其它实现线程安全的手段有什么区别？

• 用普通锁（synchronized或可重入锁）实现的是：读读互斥、读写互斥、写写互斥
• 用读写锁实现的是：读读不互斥、读写互斥、写写互斥
• 用copyonwrite实现的是：读读不不互斥、读写不互斥、写写互斥

参考链接：

java并发：CopyOnWrite机制

简单聊聊copy on write（写时复制）技术

CopyOnWriterArrayList 详解

Java中的copy on write(COW )是什么？