参考：http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3498483.html
1、CopyOnWriteArrayList介绍
它相当于线程安全的ArrayList。和ArrayList一样，它是个可变数组；但是和ArrayList不同的时，它具有以下特性：
-
它最适合于具有以下特征的应用程序：List 大小通常保持很小，只读操作远多于可变操作，需要在遍历期间防止线程间的冲突。
-
它是线程安全的。
-
因为通常需要复制整个基础数组，所以可变操作（add()、set() 和 remove() 等等）的开销很大。
-
迭代器支持hasNext(), next()等不可变操作，但不支持可变 remove()等操作。
-
使用迭代器进行遍历的速度很快，并且不会与其他线程发生冲突。在构造迭代器时，迭代器依赖于不变的数组快照。
-
CopyOnWriteArrayList使用了一种叫写时复制的方法，当有新元素添加到CopyOnWriteArrayList时，先将原有数组的元素拷贝到新数组中，然后在新的数组中做写操作，写完之后，再将原来的数组引用（volatile 修饰的数组引用）指向新数组。CopyOnWriteArrayList的整个add操作都是在锁的保护下进行的。
2、要点
这里写图片描述
-
CopyOnWriteArrayList实现了List接口，因此它是一个队列。
-
CopyOnWriteArrayList包含了成员lock。每一个CopyOnWriteArrayList都和一个互斥锁lock绑定，通过lock，实现了对CopyOnWriteArrayList的互斥访问。
-
CopyOnWriteArrayList包含了成员array数组，这说明CopyOnWriteArrayList本质上通过数组实现的。
final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
private transient volatile Object[] array;
下面从“动态数组”和“线程安全”两个方面进一步对CopyOnWriteArrayList的原理进行说明。
-
CopyOnWriteArrayList的“动态数组”机制：
- 它内部有个“volatile数组”(array)来保持数据。在“添加(add)/修改(set)/删除(remove)”数据时，都会新建一个数组，并将原数组中的元素拷贝到新数组中，然后在新数组中更新，最后再将“volatile数组”引用指向新数组。这就是它叫做CopyOnWriteArrayList的原因！CopyOnWriteArrayList就是通过这种方式实现的动态数组；不过正由于它在“添加/修改/删除”数据时，都会新建数组，所以涉及到修改数据的操作，CopyOnWriteArrayList效率很低；但是单单只是进行遍历查找的话，效率比较高。
-
CopyOnWriteArrayList的“线程安全”机制：
- 是通过 volatile 和 互斥锁 来实现的。
- CopyOnWriteArrayList是通过“volatile数组”来保存数据的。一个线程读取volatile数组时，总能看到其它线程对该volatile数组最后的写入；就这样，通过volatile提供了“读取到的数据总是最新的”这个机制的保证。
- CopyOnWriteArrayList通过互斥锁来保护数据。在“添加/修改/删除”数据时，会先“获取互斥锁”，再修改完毕之后，先将“volatile数组”引用指向新数组，然后再“释放互斥锁”；这样，就达到了保护数据的目的。
3、创建，添加，删除，获取，遍历
3.1 创建
CopyOnWriteArrayList共3个构造函数。
//创建空的CopyOnWriteArrayList对象
public CopyOnWriteArrayList() {
setArray(new Object[0]);
}
//创建含有指定Collection的元素的CopyOnWriteArrayList
public CopyOnWriteArrayList(Collection<? extends E> c) {
Object[] elements;
if (c.getClass() == CopyOnWriteArrayList.class)
elements = ((CopyOnWriteArrayList<?>)c).getArray();
else {
elements = c.toArray();
// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
if (elements.getClass() != Object[].class)
elements = Arrays.copyOf(elements, elements.length, Object[].class);
}
setArray(elements);
}
//创建含有指定数组的元素的CopyOnWriteArrayList
public CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn) {
setArray(Arrays.copyOf(toCopyIn, toCopyIn.length, Object[].class));
}
final void setArray(Object[] a) {
array = a;
}
3.2 添加
以add(E e)为例，来对“CopyOnWriteArrayList的添加操作”进行说明。
//添加元素
public boolean add(E e) {
//获取该对象的锁
final ReentrantLock lock = this.lock;
// 获取“锁”,每次只有一个线程可进入临界区
lock.lock();
try {
// 获取原始”volatile数组“中的数据和数据长度。
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
// 新建一个数组newElements，并将原始数据拷贝到newElements中；
// newElements数组的长度=“原始数组的长度”+1
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
// 将“新增加的元素”保存到newElements中。
newElements[len] = e;
// 将”volatile数组“引用指向newElements数组，这样旧数组就被GC回收了
setArray(newElements);
return true;
} finally {
// 释放“锁”
lock.unlock();
}
}
3.3 删除
以remove(int index)为例，来对“CopyOnWriteArrayList的删除操作”进行说明。
//删除索引index处的元素
public E remove(int index) {
final ReentrantLock lock = l.lock;
//获得“锁”
lock.lock();
try {
//检测是否“数组越界”
rangeCheck(index);
checkForComodification();
//删除元素
E result = l.remove(index+offset);
expectedArray = l.getArray();
size--;
return result;
} finally {
//释放“锁”
lock.unlock();
}
}
private void rangeCheck(int index) {
if (index < 0 || index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+",Size: "+size);
}
private void checkForComodification() {
if (l.getArray() != expectedArray)
throw new ConcurrentModificationException();
}
//删除元素的真正实现
public E remove(int index) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
//获得“锁”
lock.lock();
try {
// 获取原始”volatile数组“中的数据和数据长度。
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
//// 获取elements数组中的第index个数据。
E oldValue = get(elements, index);
int numMoved = len - index - 1;
// 如果被删除的是最后一个元素，则直接通过Arrays.copyOf()进行处理，而不需要新建数组。
if (numMoved == 0)
setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
else {
// 否则，新建数组，然后将”volatile数组中被删除元素之外的其它元素“拷贝到新数组中；
// 最后，将”volatile数组“引用指向newElements数组，这样旧数组就被GC回收了。
Object[] newElements = new Object[len - 1];
System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index, numMoved);
setArray(newElements);
}
return oldValue;
} finally {
//释放“锁”
lock.unlock();
}
}
3.4 获取
get(int index)的实现很简单，就是返回”volatile数组“中的第index个元素。
public E get(int index) {
return get(getArray(), index);
}
private E get(Object[] a, int index) {
return (E) a[index];
}
3.5 遍历
以iterator()为例，来对“CopyOnWriteArrayList的遍历操作”进行说明。
public Iterator<E> iterator() {
return new COWIterator<E>(getArray(), 0);
}
static final class COWIterator<E> implements ListIterator<E> {
/** Snapshot（快照） of the array */
private final Object[] snapshot;
/** Index of element to be returned by subsequent call to next. */
private int cursor; // 游标
private COWIterator(Object[] elements, int initialCursor) {
cursor = initialCursor;
snapshot = elements;
}
public boolean hasNext() {
return cursor < snapshot.length;
}
public boolean hasPrevious() {
return cursor > 0;
}
// 获取下一个元素
@SuppressWarnings("unchecked")
public E next() {
if (! hasNext())
throw new NoSuchElementException();
return (E) snapshot[cursor++];
}
// 获取上一个元素
@SuppressWarnings("unchecked")
public E previous() {
if (! hasPrevious())
throw new NoSuchElementException();
return (E) snapshot[--cursor];
}
public int nextIndex() {
return cursor;
}
public int previousIndex() {
return cursor-1;
}
//不支持remove
public void remove() {
throw new UnsupportedOperationException();
}
//不支持set
public void set(E e) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
//不支持add
public void add(E e) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
@Override
public void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) {
Objects.requireNonNull(action);
Object[] elements = snapshot;
final int size = elements.length;
for (int i = cursor; i < size; i++) {
@SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) elements[i];
action.accept(e);
}
cursor = size;
}
}
说明：
（1）创建迭代器的时候, 会保存数组元素的快照（有一个引用指向原数组）。
（2）COWIterator不支持修改元素的操作。例如，对于remove(), set(), add()等操作，COWIterator都会抛出异常！
（3）另外，需要提到的一点是，CopyOnWriteArrayList返回迭代器不会抛出ConcurrentModificationException异常，即它不是fail-fast机制的！
网友评论