初識CopyOnWriteArrayList
第一次見到CopyOnWriteArrayList，是在研究JDBC的時候，每一個數據庫的Driver都是維護在一個CopyOnWriteArrayList中的，為了證明這一點，貼兩段代碼，第一段在com.mysql.jdbc.Driver下，也就是我們寫Class.forName("...")中的內容：
public class Driver extends NonRegisteringDriver implements java.sql.Driver { public Driver() throws SQLException { } static { try { DriverManager.registerDriver(new Driver()); } catch (SQLException E) { throw new RuntimeException("Can't register driver!"); } } }
看到com.mysql.jdbc.Driver調用了DriverManager的registerDriver方法，這個類在java.sql.DriverManager下：
public class DriverManager { private static final CopyOnWriteArrayList<DriverInfo> registeredDrivers = new CopyOnWriteArrayList(); private static volatile int loginTimeout = 0; private static volatile PrintWriter logWriter = null; private static volatile PrintStream logStream = null; private static final Object logSync = new Object(); static final SQLPermission SET_LOG_PERMISSION = new SQLPermission("setLog"); ... }
看到所有的DriverInfo都在CopyOnWriteArrayList中。既然看到了CopyOnWriteArrayList，我自然免不了要研究一番為什么JDK使用的是這個List。
首先提兩點：
1、CopyOnWriteArrayList位於java.util.concurrent包下，可想而知，這個類是為並發而設計的
2、CopyOnWriteArrayList，顧名思義，Write的時候總是要Copy，也就是說對於CopyOnWriteArrayList，任何可變的操作（add、set、remove等等）都是伴隨復制這個動作的，后面會解讀CopyOnWriteArrayList的底層實現機制
四個關注點在CopyOnWriteArrayList上的答案
| 關 注 點 | 結 論 |
| CopyOnWriteArrayList是否允許空 | 允許 |
| CopyOnWriteArrayList是否允許重復數據 | 允許 |
| CopyOnWriteArrayList是否有序 | 有序 |
| CopyOnWriteArrayList是否線程安全 | 線程安全 |
如何向CopyOnWriteArrayList中添加元素
對於CopyOnWriteArrayList來說，增加、刪除、修改、插入的原理都是一樣的，所以用增加元素來分析一下CopyOnWriteArrayList的底層實現機制就可以了。先看一段代碼：
1 public static void main(String[] args) 2 { 3 List<Integer> list = new CopyOnWriteArrayList<Integer>(); 4 list.add(1); 5 list.add(2); 6 }
看一下這段代碼做了什么，先是第3行的實例化一個新的CopyOnWriteArrayList：
public class CopyOnWriteArrayList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable { private static final long serialVersionUID = 8673264195747942595L; /** The lock protecting all mutators */ transient final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); /** The array, accessed only via getArray/setArray. */ private volatile transient Object[] array; ... }
public CopyOnWriteArrayList() { setArray(new Object[0]); }
final void setArray(Object[] a) { array = a; }
看到，對於CopyOnWriteArrayList來說，底層就是一個Object[] array，然后實例化一個CopyOnWriteArrayList，用圖來表示非常簡單：
就是這樣，Object array指向一個數組大小為0的數組。接着看一下，第4行的add一個整數1做了什么，add的源代碼是：
public boolean add(E e) { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock(); try { Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1); newElements[len] = e; setArray(newElements); return true; } finally { lock.unlock(); } }
畫一張圖表示一下：
每一步都清楚地表示在圖上了，一次add大致經歷了幾個步驟：
1、加鎖
2、拿到原數組，得到新數組的大小（原數組大小+1），實例化出一個新的數組來
3、把原數組的元素復制到新數組中去
4、新數組最后一個位置設置為待添加的元素（因為新數組的大小是按照原數組大小+1來的）
5、把Object array引用指向新數組
6、解鎖
整個過程看起來比較像ArrayList的擴容。有了這個基礎，我們再來看一下第5行的add了一個整數2做了什么，這應該非常簡單了，還是畫一張圖來表示：
和前面差不多，就不解釋了。
另外，插入、刪除、修改操作也都是一樣，每一次的操作都是以對Object[] array進行一次復制為基礎的，如果上面的流程看懂了，那么研究插入、刪除、修改的源代碼應該不難。
普通List的缺陷
常用的List有ArrayList、LinkedList、Vector，其中前兩個是線程非安全的，最后一個是線程安全的。我有一種場景，兩個線程操作了同一個List，分別對同一個List進行迭代和刪除，就如同下面的代碼：
public static class T1 extends Thread { private List<Integer> list; public T1(List<Integer> list) { this.list = list; } public void run() { for (Integer i : list) { } } } public static class T2 extends Thread { private List<Integer> list; public T2(List<Integer> list) { this.list = list; } public void run() { for (int i = 0; i < list.size(); i++) { list.remove(i); } } }
首先我在這兩個線程中放入ArrayList並啟動這兩個線程：
public static void main(String[] args) { List<Integer> list = new ArrayList<Integer>(); for (int i = 0; i < 10000; i++) { list.add(i); } T1 t1 = new T1(list); T2 t2 = new T2(list); t1.start(); t2.start(); }
運行結果為：
Exception in thread "Thread-0" java.util.ConcurrentModificationException at java.util.AbstractList$Itr.checkForComodification(AbstractList.java:372) at java.util.AbstractList$Itr.next(AbstractList.java:343) at com.xrq.test60.TestMain$T1.run(TestMain.java:19)
把ArrayList換成LinkedList，main函數的代碼就不貼了，運行結果為：
Exception in thread "Thread-0" java.util.ConcurrentModificationException at java.util.LinkedList$ListItr.checkForComodification(LinkedList.java:761) at java.util.LinkedList$ListItr.next(LinkedList.java:696) at com.xrq.test60.TestMain$T1.run(TestMain.java:19)
可能有人覺得，這兩個線程都是線程非安全的類，所以不行。其實這個問題和線程安不安全沒有關系，換成Vector看一下運行結果：
Exception in thread "Thread-0" java.util.ConcurrentModificationException at java.util.AbstractList$Itr.checkForComodification(AbstractList.java:372) at java.util.AbstractList$Itr.next(AbstractList.java:343) at com.xrq.test60.TestMain$T1.run(TestMain.java:19)
Vector雖然是線程安全的，但是只是一種相對的線程安全而不是絕對的線程安全，它只能夠保證增、刪、改、查的單個操作一定是原子的，不會被打斷，但是如果組合起來用，並不能保證線程安全性。比如就像上面的線程1在遍歷一個Vector中的元素、線程2在刪除一個Vector中的元素一樣，勢必產生並發修改異常，也就是fail-fast。
CopyOnWriteArrayList的作用
把上面的代碼修改一下，用CopyOnWriteArrayList：
public static void main(String[] args) { List<Integer> list = new CopyOnWriteArrayList<Integer>(); for (int i = 0; i < 10; i++) { list.add(i); } T1 t1 = new T1(list); T2 t2 = new T2(list); t1.start(); t2.start(); }
可以運行一下這段代碼，是沒有任何問題的。
看到我把元素數量改小了一點，因為我們從上面的分析中應該可以看出，CopyOnWriteArrayList的缺點，就是修改代價十分昂貴，每次修改都伴隨着一次的數組復制；但同時優點也十分明顯，就是在並發下不會產生任何的線程安全問題，也就是絕對的線程安全，這也是為什么我們要使用CopyOnWriteArrayList的原因。
另外，有兩點必須講一下。我認為CopyOnWriteArrayList這個並發組件，其實反映的是兩個十分重要的分布式理念：
（1）讀寫分離
我們讀取CopyOnWriteArrayList的時候讀取的是CopyOnWriteArrayList中的Object[] array，但是修改的時候，操作的是一個新的Object[] array，讀和寫操作的不是同一個對象，這就是讀寫分離。這種技術數據庫用的非常多，在高並發下為了緩解數據庫的壓力，即使做了緩存也要對數據庫做讀寫分離，讀的時候使用讀庫，寫的時候使用寫庫，然后讀庫、寫庫之間進行一定的同步，這樣就避免同一個庫上讀、寫的IO操作太多
（2）最終一致
對CopyOnWriteArrayList來說，線程1讀取集合里面的數據，未必是最新的數據。因為線程2、線程3、線程4四個線程都修改了CopyOnWriteArrayList里面的數據，但是線程1拿到的還是最老的那個Object[] array，新添加進去的數據並沒有，所以線程1讀取的內容未必准確。不過這些數據雖然對於線程1是不一致的，但是對於之后的線程一定是一致的，它們拿到的Object[] array一定是三個線程都操作完畢之后的Object array[]，這就是最終一致。最終一致對於分布式系統也非常重要，它通過容忍一定時間的數據不一致，提升整個分布式系統的可用性與分區容錯性。當然，最終一致並不是任何場景都適用的，像火車站售票這種系統用戶對於數據的實時性要求非常非常高，就必須做成強一致性的。
最后總結一點，隨着CopyOnWriteArrayList中元素的增加，CopyOnWriteArrayList的修改代價將越來越昂貴，因此，CopyOnWriteArrayList適用於讀操作遠多於修改操作的並發場景中。