谈谈写入时复制的思想---以CopyOnWriteArrayLi

写入时复制（CopyOnWrite）思想

写入时复制（CopyOnWrite，简称COW）思想是计算机程序设计领域中的一种优化策略。其核心思想是，如果有多个调用者（Callers）同时要求相同的资源（如内存或者是磁盘上的数据存储），他们会共同获取相同的指针指向相同的资源，直到某个调用者视图修改资源内容时，系统才会真正复制一份专用副本（private copy）给该调用者，而其他调用者所见到的最初的资源仍然保持不变。这过程对其他的调用者都是透明的（transparently）。此做法主要的优点是如果调用者没有修改资源，就不会有副本（private copy）被创建，因此多个调用者只是读取操作时可以共享同一份资源。

CopyOnWriteArrayList
CopyOnWriteArrayList是Java中的并发容器类，同时也是符合写入时复制思想的CopyOnWrite容器。关于CopyOnWriteArrayList的介绍我就不过多赘述了，可以参考我这篇博客来了解-----《Java并发编程实战》学习笔记--并发容器类。

下面将通过CopyOnWriteArrayList的源码来了解写入时复制思想

CopyOnWriteArrayList中有一个ReentrantLock锁，这是一个可重入的锁，提供了类似于synchronized的功能和内存语义，但是ReentrantLock的功能性更为全面。由于本文重点是介绍CopyOnWrite思想，所以对于ReentrantLock就不过多介绍，只要知道它是用来保证线程安全性的即可。

下面这个两个方法是CopyOnWriteArrayList实现写入时复制的关键：
一个是获得当前容器数组的一个副本，另一个是将容器数组的引用指向一个修改之后的数组。

下面来看看使用了写入时复制的set方法：

public E set(int index, E element) {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();//获得锁
        try {
            Object[] elements = getArray();//得到目前容器数组的一个副本
            E oldValue = get(elements, index);//获得index位置对应元素目前的值

            if (oldValue != element) {
                int len = elements.length;
                //创建一个新的数组newElements,将elements复制过去
                Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len);
                //将新数组中index位置的元素替换为element
                newElements[index] = element;
                //这一步是关键，作用是将容器中array的引用指向修改之后的数组，即newElements
                setArray(newElements);
            } else {
                //index位置元素的值与element相等，故不对容器数组进行修改
                setArray(elements);
            }
            return oldValue;
        } finally {
            lock.unlock();//解除锁定
        }
    }

我们可以看到，在set方法中，我们首先是获得了当前数组的一个拷贝获得一个新的数组，然后在这个新的数组上完成我们想要的操作。当操作完成之后，再把原有数组的引用指向新的数组。并且在此过程中，我们只拥有一个事实不可变对象，即容器中的array。这样一来就很巧妙地体现了CopyOnWrite思想。

其实这也是读写分离的一种体现。当线程在对线程进行读或者写的操作时，其实操作的是不同的容器。这么一来我们可以对容器进行并发的读，而不需要加锁。实际上就是这么做的：

那么问题来了

• 如果每次都要对原有的容器进行复制，岂不是很消耗内存？

• 还有，假如说一个线程正在对容器进行修改，另一个线程正在读取容器的内容，这其实是两个容器数组。那么读线程读到的不是旧数据吗？

没错，这正是CopyOnWrite容器t的不足：

• 存在内存占用的问题，因为每次对容器结构进行修改的时候都要对容器进行复制，这么一来我们就有了旧有对象和新入的对象，会占用两份内存。如果对象占用的内存较大，就会引发频繁的垃圾回收行为，降低性能；

• CopyOnWrite只能保证数据最终的一致性，不能保证数据的实时一致性。

所以对于CopyOnWrite容器来说，只适合在读操作远远多于写操作的场景下使用，比如说缓存。