CopyOnWriteArrayList是一個在多線程操作中線程安全的ArrayList的一個變種，她在所有對ArrayList對象的編輯操作(add,set等)都會復制一份副本，因此無論是對ArrayList操作還是對其iterator操作都不會拋ConcurrentModificationException異常。
使用場景
CopyOnWriteArrayList通常適用於讀多寫少的場景，對每次寫操作都會復制一份數據的副本，因此不會影響原先數據的讀操作。雖然每次復制副本會耗費時間，但相對於使用synchronize來保證線程安全，在特定場景下效果還是不錯的。
源碼分析
/** The lock protecting all mutators */
final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
/** The array, accessed only via getArray/setArray. */
private transient volatile Object[] array;
/**
* Gets the array. Non-private so as to also be accessible
* from CopyOnWriteArraySet class.
*/
final Object[] getArray() {
return array;
}
/**
* Sets the array.
*/
final void setArray(Object[] a) {
array = a;
}
CopyOnWriteArrayList維護一個ReentrantLock鎖，主要用於保證同一時間只能有一個線程對array數據進行復制編輯操作(set,add等)，避免多線程下對數據復制操作造成數據不一致現象。 同時array聲明為volatile，保證線程讀取數據時將內存的數據刷新至緩存，從而得到最新數據。寫入數據時保證最新數據寫入到內存。在CopyOnWriteArrayList所有操作中，獲取數據和寫入數據不是直接使用this.array=array，而是使用getArray()和setArray()操作，刷新一下緩存，保證獲得的是最新數據及將最新數據寫入內存。
@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);
}
CopyOnWriteArrayList所有的讀操作都是線程安全的，因為每次讀操作讀的都是元數據的一個snapshot。同時由getArray()來保證讀到的數據都是最新版本的。
/**
* 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) {
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();
}
}
/**
* Removes the element at the specified position in this list.
* Shifts any subsequent elements to the left (subtracts one from their
* indices). Returns the element that was removed from the list.
*
* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
*/
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();
}
}
再看一下編輯操作,這里以add()和remove()為例，可以看到每次只能有一個線程可以對ArrayList進行修改，而在修改之前通過getArray()來保證獲取最新的array數據，然后復制一份array的副本newElements(復制過程根據具體操作而定,例如add會全部復制並預留一個位置，而remove則部分復制)，對副本進行編輯后再通過setArray將最新的副本賦給array。這樣其他線程再進行讀操作時通過getArray()獲取的就是最近編輯過的數據。
COWIterator
傳統的ListIterator在遍歷列表時如果列表被修改會有fast-fail機制來保證線程安全，而於CopyOnWriteArrayList已經具備線程安全性，並且CopyOnWriteArrayList的Iterator更多的用於數據的遍歷，所以其關閉了iterator對數據的編輯功能.
/**
* Not supported. Always throws UnsupportedOperationException.
* @throws UnsupportedOperationException always; {@code remove}
* is not supported by this iterator.
*/
public void remove() {
throw new UnsupportedOperationException();
}
/**
* Not supported. Always throws UnsupportedOperationException.
* @throws UnsupportedOperationException always; {@code set}
* is not supported by this iterator.
*/
public void set(E e) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
/**
* Not supported. Always throws UnsupportedOperationException.
* @throws UnsupportedOperationException always; {@code add}
* is not supported by this iterator.
*/
public void add(E e) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
總結
- CopyOnWriteArrayList通過編輯操作復制元數據副本的方式成功避免了多線程操作List線程不安全的問題，同時通過聲明array[]為volitile類型保證線程每次讀取的數據都是最新數據。
- 由於每次編輯操作都會復制一份副本，因此CopyOnWriteArrayList只適用於讀多改少的場景，在其他場景中還是建議使用synchronize或者Collections.SynchronizedList來保證線程安全
- CopyOnWriteArrayList不能保證線程遍歷的數據一定是最新的數據，因此是能適用於實時性要求不高的場景。