JAVA多线程之——CopyOnWriteArrayList

线程安全的list

在学list的时候，应该都了解过ArrayList是线程不安全的集合。今天学习线程安全的一个list集合。CopyOnWriteArrayList。
CopyOnWrite
从取名来看CopyOnWriteArrayList实质上就应该是个ArrayList。只是多了一个CopyOnWrite(写入时复制） 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。
好在了解了什么是写入时复制思想之后，再来看一下源码的具体实现：

/** The lock protecting all mutators */
transient final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

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

首先，CopyOnWriteArrayList类中定义了一个ReentrantLock锁，我们知道ReentrantLock是一个可重入的独占锁。 还定义了一个volatile类型的 array。 ArrayList的底层就是基于数组实现。
CopyOnWriteArrayList也也是一样。数组被定义为volatile。是因为volatile定义的变量在多线程环境中可以保证其可见性。声明ReentrantLock就是用来保证线程的安全性。先看读取：

@SuppressWarnings("unchecked")
private E get(Object[] a, int index) {
    return (E) a[index];
}

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

对于读取而言，很简单，就是读取数组的某一个元素。并没有上锁，这就意味着可以多个线程同时读。
添加/修改/删除

 public E set(int index, E element) {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            Object[] elements = getArray();
            E oldValue = get(elements, index);

            if (oldValue != element) {
                int len = elements.length;
                Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len);
                newElements[index] = element;
                setArray(newElements);
            } else {
                // Not quite a no-op; ensures volatile write semantics
                setArray(elements);
            }
            return oldValue;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }


  public void add(int index, E element) {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            Object[] elements = getArray();
            int len = elements.length;
            if (index > len || index < 0)
                throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+
                                                    ", Size: "+len);
            Object[] newElements;
            int numMoved = len - index;
            if (numMoved == 0)
                newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
            else {
                newElements = new Object[len + 1];
                System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
                System.arraycopy(elements, index, newElements, index + 1,
                                 numMoved);
            }
            newElements[index] = element;
            setArray(newElements);
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

 public E remove(int index) {
        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)
                setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
            else {
                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 {
            lock.unlock();
        }
    }

对于修改、删除、添加我们可以看到，都是先上独占锁，然后先把原来的数组复制一份，然后对复制出来的数组进行对应的操作，最后把新的数组赋值给volatile修饰的数组。因为数组是volatile修饰，这就保证了线程在修改之后，其它线程看到的一定是最新值。

缺点

• 在进行修改、删除、添加的时候，都需要对整个数组进行复制，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。volatile修饰的只保证可见性，不保证原子性。

总结
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