CopyOnWriteArrayList分析
CopyOnWriteArrayList是一个在多线程操作中线程安全的ArrayList的一个变种，她在所有对ArrayList对象的编辑操作(add,set等)都会复制一份副本，因此无论是对ArrayList操作还是对其iterator操作都不会抛ConcurrentModificationException异常。
使用场景
CopyOnWriteArrayList通常适用于读多写少的场景，对每次写操作都会复制一份数据的副本，因此不会影响原先数据的读操作。虽然每次复制副本会耗费时间，但相对于使用synchronize来保证线程安全，在特定场景下效果还是不错的。
源码分析
/** 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维护一个ReentrantLock锁，主要用于保证同一时间只能有一个线程对array数据进行复制编辑操作(set,add等)，避免多线程下对数据复制操作造成数据不一致现象。 同时array声明为volatile，保证线程读取数据时将内存的数据刷新至缓存，从而得到最新数据。写入数据时保证最新数据写入到内存。在CopyOnWriteArrayList所有操作中，获取数据和写入数据不是直接使用this.array=array，而是使用getArray()和setArray()操作，刷新一下缓存，保证获得的是最新数据及将最新数据写入内存。
@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所有的读操作都是线程安全的，因为每次读操作读的都是元数据的一个snapshot。同时由getArray()来保证读到的数据都是最新版本的。
/**
* 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();
}
}
再看一下编辑操作,这里以add()和remove()为例，可以看到每次只能有一个线程可以对ArrayList进行修改，而在修改之前通过getArray()来保证获取最新的array数据，然后复制一份array的副本newElements(复制过程根据具体操作而定,例如add会全部复制并预留一个位置，而remove则部分复制)，对副本进行编辑后再通过setArray将最新的副本赋给array。这样其他线程再进行读操作时通过getArray()获取的就是最近编辑过的数据。
COWIterator
传统的ListIterator在遍历列表时如果列表被修改会有fast-fail机制来保证线程安全，而于CopyOnWriteArrayList已经具备线程安全性，并且CopyOnWriteArrayList的Iterator更多的用于数据的遍历，所以其关闭了iterator对数据的编辑功能.
/**
* 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();
}
总结
- CopyOnWriteArrayList通过编辑操作复制元数据副本的方式成功避免了多线程操作List线程不安全的问题，同时通过声明array[]为volitile类型保证线程每次读取的数据都是最新数据。
- 由于每次编辑操作都会复制一份副本，因此CopyOnWriteArrayList只适用于读多改少的场景，在其他场景中还是建议使用synchronize或者Collections.SynchronizedList来保证线程安全
- CopyOnWriteArrayList不能保证线程遍历的数据一定是最新的数据，因此是能适用于实时性要求不高的场景。
