Java源码解析CopyOnWriteArrayList的讲解
本文基于jdk1.8进行分析。
ArrayList和HashMap是我们经常使用的集合，它们不是线程安全的。我们一般都知道HashMap的线程安全版本为ConcurrentHashMap，那么ArrayList有没有类似的线程安全的版本呢？还真有，它就是CopyOnWriteArrayList。
CopyOnWrite这个短语，还有一个专门的称谓COW.COW不仅仅是java实现集合框架时专用的机制，它在计算机中被广泛使用。
首先看一下什么是CopyOnWriteArrayList，它的类前面的javadoc注释很长，我们只截取最前面的一小段。如下。它的介绍中说到，CopyOnWriteArrayList是ArrayList的一个线程安全的变种，在CopyOnWriteArrayList中，所有改变操作（add，set等）都是通过给array做一个新的拷贝来实现的。通常来看，这花费的代价太大了，但是，当读取list的线程数量远远多于写list的线程数量时，这种方法依然比别的实现方式更高效。
/**
*Athread-safevariantof{@linkjava.util.ArrayList}inwhichallmutative
*operations({@codeadd},{@codeset},andsoon)areimplementedby
*makingafreshcopyoftheunderlyingarray.
*Thisisordinarilytoocostly,butmaybemoreefficient
*thanalternativeswhentraversaloperationsvastlyoutnumber
*mutations,andisusefulwhenyoucannotordon'twantto
*synchronizetraversals,yetneedtoprecludeinterferenceamong
*concurrentthreads.The"snapshot"styleiteratormethodusesa
*referencetothestateofthearrayatthepointthattheiterator
*wascreated.Thisarrayneverchangesduringthelifetimeofthe
*iterator,sointerferenceisimpossibleandtheiteratoris
*guaranteednottothrow{@codeConcurrentModificationException}.
*Theiteratorwillnotreflectadditions,removals,orchangesto
*thelistsincetheiteratorwascreated.Element-changing
*operationsoniteratorsthemselves({@coderemove},{@codeset},and
*{@codeadd})arenotsupported.Thesemethodsthrow
*{@codeUnsupportedOperationException}.
**/
下面看一下成员变量。只有2个，一个是基本数据结构array，用于保存数据，一个是可重入锁，它用于写操作的同步。
/**Thelockprotectingallmutators**/ finaltransientReentrantLocklock=newReentrantLock(); /**Thearray,accessedonlyviagetArray/setArray.**/ privatetransientvolatileObject[]array;
下面看一下主要方法。get方法如下。get方法没有什么特殊之处，不加锁，直接读取即可。
/**
*{@inheritDoc}
*@throwsIndexOutOfBoundsException{@inheritDoc}
**/
publicEget(intindex){
returnget(getArray(),index);
}
/**
*Getsthearray.Non-privatesoastoalsobeaccessible
*fromCopyOnWriteArraySetclass.
**/
finalObject[]getArray(){
returnarray;
}
@SuppressWarnings("unchecked")
privateEget(Object[]a,intindex){
return(E)a[index];
}
下面看一下add。add方法先加锁，然后，把原array拷贝到一个新的数组中，并把待添加的元素加入到新数组，最后，再把新数组赋值给原数组。这里可以看到，add操作并不是直接在原数组上操作，而是把整个数据进行了拷贝，才操作的，最后把新数组赋值回去。
/**
*Appendsthespecifiedelementtotheendofthislist.
*@parameelementtobeappendedtothislist
*@return{@codetrue}(asspecifiedby{@linkCollection#add})
**/
publicbooleanadd(Ee){
finalReentrantLocklock=this.lock;
lock.lock();
try{
Object[]elements=getArray();
intlen=elements.length;
Object[]newElements=Arrays.copyOf(elements,len+1);
newElements[len]=e;
setArray(newElements);
returntrue;
}finally{
lock.unlock();
}
}
/**
*Setsthearray.
**/
finalvoidsetArray(Object[]a){
array=a;
}
这里，思考一个问题。线程1正在遍历list，此时，线程2对线程进行了写入，那么，线程1可以遍历到线程2写入的数据吗？
首先明确一点，这个场景不会抛出任何异常，程序会安静的执行完成。是否能到读到线程2写入的数据，取决于遍历方式和线程2的写入时机及位置。
首先看遍历方式，我们2中方式遍历list，foreach和get(i)的方式。foreach的底层实现是迭代器，所以迭代器就不单独作为一种遍历方式了。首先看一下通过for循环get(i)的方式。这种遍历方式下，能否读取到线程2写入的数据，取决了线程2的写入时机和位置。如果线程1已经遍历到第5个元素了，那么如果线程2在第5个后面进行写入，那么线程1就可以读取到线程2的写入。
publicclassMyClass{
staticListlist=newCopyOnWriteArrayList<>();
publicstaticvoidmain(String[]args){
list.add("a");
list.add("b");
list.add("c");
list.add("d");
list.add("e");
list.add("f");
list.add("g");
list.add("h");
//启动线程1，遍历数据
newThread(()->{
try{
for(inti=0;i
上述程序的运行结果如下，是可以遍历到n的。
a
b
c
d
n
e
f
g
h
如果线程2在第5个位置前面写入，那么线程1就读取不到线程2的写入。同时，还会带来一个副作用，就是某个元素会被读取2次。代码如下：
publicclassMyClass{
staticListlist=newCopyOnWriteArrayList<>();
publicstaticvoidmain(String[]args){
list.add("a");
list.add("b");
list.add("c");
list.add("d");
list.add("e");
list.add("f");
list.add("g");
list.add("h");
//启动线程1，遍历数据
newThread(()->{
try{
for(inti=0;i
上述代码的运行结果如下，其中，b被遍历了2次。
a
b
b
c
d
e
f
g
h
那么，采用foreach方式遍历呢？答案是无论线程2写入时机如何，线程2都无法读取到线程2的写入。原因在于CopyOnWriteArrayList在创建迭代器时，取了当前时刻数组的快照。并且，add操作只会影响原数组，影响不到迭代器中的快照。
publicIteratoriterator(){
returnnewCOWIterator(getArray(),0);
}
privateCOWIterator(Object[]elements,intinitialCursor){
cursor=initialCursor;
snapshot=elements;
}
了解清楚了遍历方式和写入时机对是否能够读取到写入的影响，我们在使用CopyOnWriteArrayList时就可以根据实际业务场景的需求，选择合适的实现方式了。
总结
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