CopyOnWriteArrayList实现原理及源码分析
CopyOnWriteArrayList实现原理及源码分析
CopyOnWriteArrayList是Java并发包中提供的一个并发容器，它是个线程安全且读操作无锁的ArrayList，写操作则通过创建底层数组的新副本来实现，是一种读写分离的并发策略，我们也可以称这种容器为"写时复制器"，Java并发包中类似的容器还有CopyOnWriteSet。本文会对CopyOnWriteArrayList的实现原理及源码进行分析。
实现原理
我们都知道，集合框架中的ArrayList是非线程安全的，Vector虽是线程安全的，但由于简单粗暴的锁同步机制，性能较差。而CopyOnWriteArrayList则提供了另一种不同的并发处理策略（当然是针对特定的并发场景）。
很多时候，我们的系统应对的都是读多写少的并发场景。CopyOnWriteArrayList容器允许并发读，读操作是无锁的，性能较高。至于写操作，比如向容器中添加一个元素，则首先将当前容器复制一份，然后在新副本上执行写操作，结束之后再将原容器的引用指向新容器。
优缺点分析
了解了CopyOnWriteArrayList的实现原理，分析它的优缺点及使用场景就很容易了。
优点：
读操作性能很高，因为无需任何同步措施，比较适用于读多写少的并发场景。Java的list在遍历时，若中途有别的线程对list容器进行修改，则会抛出ConcurrentModificationException异常。而CopyOnWriteArrayList由于其"读写分离"的思想，遍历和修改操作分别作用在不同的list容器，所以在使用迭代器进行遍历时候，也就不会抛出ConcurrentModificationException异常了
缺点：
缺点也很明显，一是内存占用问题，毕竟每次执行写操作都要将原容器拷贝一份，数据量大时，对内存压力较大，可能会引起频繁GC；二是无法保证实时性，Vector对于读写操作均加锁同步，可以保证读和写的强一致性。而CopyOnWriteArrayList由于其实现策略的原因，写和读分别作用在新老不同容器上，在写操作执行过程中，读不会阻塞但读取到的却是老容器的数据。
源码分析
基本原理了解了，CopyOnWriteArrayList的代码实现看起来就很容易理解了。
public boolean add(E e) { //ReentrantLock加锁，保证线程安全
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock(); try {
Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; //拷贝原容器，长度为原容器长度加一
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1); //在新副本上执行添加操作
newElements[len] = e; //将原容器引用指向新副本 setArray(newElements); return true;
} finally { //解锁 lock.unlock();
}
}
添加的逻辑很简单，先将原容器copy一份，然后在新副本上执行写操作，之后再切换引用。当然此过程是要加锁的。
删除操作
public E remove(int index) { //加锁
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock(); try {
Object[] elements = getArray(); int len = elements.length;
E oldValue = get(elements, index); int numMoved = len - index - 1; if (numMoved == 0) //如果要删除的是列表末端数据，拷贝前len-1个数据到新副本上，再切换引用
setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1)); else { //否则，将除要删除元素之外的其他元素拷贝到新副本中，并切换引用
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 { //解锁 lock.unlock();
}
}
删除操作同理，将除要删除元素之外的其他元素拷贝到新副本中，然后切换引用，将原容器引用指向新副本。同属写操作，需要加锁。
我们再来看看读操作，CopyOnWriteArrayList的读操作是不用加锁的，性能很高。
public E get(int index) { return get(getArray(), index);
}直接读取即可，无需加锁
private E get(Object[] a, int index) { return (E) a[index];
}总结
本文对CopyOnWriteArrayList的实现原理和源码进行了分析，并对CopyOnWriteArrayList的优缺点也进行了分析（Java并发包中还提供了CopyOnWriteSet，原理类似）。其实所谓并发容器的优缺点，无非是取决于我们在面对特定并发场景时，是否能做出相对合理的选择和应用。也希望本文能帮助到有需要的童鞋，共勉。
作者： dreamcatcher-cx
出处： <http://www.cnblogs.com/chengxiao/>