CopyOnWriteArrayList分析

参考文章：http://ifeve.com/java-copy-on-write/

Copy-On-Write简称COW，是一种用于程序设计中的优化策略。其基本思路是，从一开始大家都在共享同一个内容，当某个人想要修改这个内容的时候，才会真正把内容Copy出去形成一个新的内容然后再改，这是一种延时懒惰策略。从JDK1.5开始Java并发包里提供了两个使用CopyOnWrite机制实现的并发容器,它们是CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet。CopyOnWrite容器非常有用，可以在非常多的并发场景中使用到。

什么是CopyOnWrite容器

CopyOnWrite容器即写时复制的容器。通俗的理解是当我们往一个容器添加元素的时候，不直接往当前容器添加，而是先将当前容器进行Copy，复制出一个新的容器，然后新的容器里添加元素，添加完元素之后，再将原容器的引用指向新的容器。这样做的好处是我们可以对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。所以CopyOnWrite容器也是一种读写分离的思想，读和写不同的容器。

CopyOnWriteArrayList的实现原理（JDK9源码）

• 增加元素

每次增加元素的时候，都会先对此对象进行锁持有操作，然后进行新创建一个全新的数组，将添加的数组放在尾部，再将原数组的引用指向新数组。

/**
    * 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) {
       synchronized (lock) {
           Object[] elements = getArray();
           int len = elements.length;
           Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1); //新创建一个新数组，大小比老数组多一
           newElements[len] = e; //把新元素放入新数组之中
           setArray(newElements); //把原数组引用指向新数组
           return true;
       }
   }

• 删除元素

删除元素与添加元素大体实现方式相同，也是会先对此对象进行锁持有操作，然后进行新创建一个小一位的数组，把删除元素之后的剩下的元素复制到此数组之中，然后将老数组的引用指向新数组。

 /**
     * A version of remove(Object) using the strong hint that given
     * recent snapshot contains o at the given index.
     */
    private boolean remove(Object o, Object[] snapshot, int index) {
        synchronized (lock) {
            Object[] current = getArray();
            int len = current.length;
            if (snapshot != current) findIndex: {
                int prefix = Math.min(index, len);
                for (int i = 0; i < prefix; i++) {
                    if (current[i] != snapshot[i]
                        && Objects.equals(o, current[i])) {
                        index = i;
                        break findIndex;
                    }
                }
                if (index >= len)
                    return false;
                if (current[index] == o)
                    break findIndex;
                index = indexOf(o, current, index, len);
                if (index < 0)
                    return false;
            }
            Object[] newElements = new Object[len - 1];
            System.arraycopy(current, 0, newElements, 0, index);
            System.arraycopy(current, index + 1,
                             newElements, index,
                             len - index - 1);
            setArray(newElements);
            return true;
        }
    }

• 读取元素

因为存储元素的数组被volatile修饰的，所以保证了其元素的可见性，即在每次读取元素的时候，都是最新值。但是如果在数组进行增加或者删除的中间进行读取，则读取到的数值就是老数值了，这也就是CopyOnWrite的一个缺点：只能保证数据的最终一致性，但是不能保证数据的实时一致性。

   
    /** The array, accessed only via getArray/setArray. */
   private transient volatile Object[] array;

  /**
    * {@inheritDoc}
    *
    * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
    */
   public E get(int index) {
       return elementAt(getArray(), index);
   }

CopyOnWrite的缺点

• 内存占用问题。

因为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，旧的对象和新写入的对象（注意:在复制的时候只是复制容器里的引用，只是在写的时候会创建新对象添加到新容器里，而旧容器的对象还在使用，所以有两份对象内存）。如果这些对象占用的内存比较大，比如说200M左右，那么再写入100M数据进去，内存就会占用300M，那么这个时候很有可能造成频繁的Yong GC和Full GC。之前我们系统中使用了一个服务由于每晚使用CopyOnWrite机制更新大对象，造成了每晚15秒的Full GC，应用响应时间也随之变长。

针对内存占用问题，可以通过压缩容器中的元素的方法来减少大对象的内存消耗，比如，如果元素全是10进制的数字，可以考虑把它压缩成36进制或64进制。或者不使用CopyOnWrite容器，而使用其他的并发容器，如ConcurrentHashMap。

• 数据一致性问题

  CopyOnWrite容器只能保证数据的最终一致性，不能保证数据的实时一致性。所以如果你希望写入的的数据，马上能读到，请不要使用CopyOnWrite容器。