CopyOnWriteArrayList

Java并发包中List只有一个实现类就是CopyOnWriteArrayList，它是线程安全的，运用了写时复制的策略，就是写的时候将共享变量复制一份出来，读的时候是无锁的。

所以CopyOnWriteArrayList只适用于写很少读很多的场景，而且能允许读写短暂的不一致。

下面是它的类图：

如图所示，CopyOnWriteArrayList对象中有一个array的数组存放具体元素，还有ReentrantLock可重入锁用来保证其写时的线程安全。

 

源码分析

首先看下它的构造方法，源码如下：

public CopyOnWriteArrayList() {
    setArray(new Object[0]);
}

public CopyOnWriteArrayList(Collection<? extends E> c) {
    Object[] elements;
    if (c.getClass() == CopyOnWriteArrayList.class)
        elements = ((CopyOnWriteArrayList<?>)c).getArray();
    else {
        elements = c.toArray();
        // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
        if (elements.getClass() != Object[].class)
            elements = Arrays.copyOf(elements, elements.length, Object[].class);
    }
    setArray(elements);
}

public CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn) {
    setArray(Arrays.copyOf(toCopyIn, toCopyIn.length, Object[].class));
}

final void setArray(Object[] a) {
        array = a;
}

它有一个无参构造方法和两个有参构造方法。无参构造方法就是创建了一个长度为0的Object数组。第一个有参构造方法，就是将集合c"转为"elements数组，再赋给array数组；第二个有参构造方法，创建了传入参数toCopyIn数组的副本并赋给array数组。

 

然后看下add方法添加元素：

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();
        }
}

add方法中，首先通过ReentrantLock获取独占锁，保证添加元素的过程中不会对array进行修改，之后复制原array数组到新的数组中，新数组长度增加1(所以CopyOnWriteArrayList是无界的)，并把新的元素e添加到新的数组中去，最后替换原数组，释放锁。它的remove和set方法原理相似也是通过锁和复制原数组实现的，有兴趣的可以直接看相关源码。

 

get方法源码如下：

public E get(int index) {
        return get(getArray(), index);
}

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

final Object[] getArray() {
        return array;
}

显而易见，CopyOnWriteArrayList的get方法是无锁的，通过直接返回数组下标实现的。

 

还有需要注意的是，CopyOnWriteArrayList的迭代器是只读的，不支持增删改，从下面源码可以看出：

public Iterator<E> iterator() {
        return new COWIterator<E>(getArray(), 0);
}

static final class COWIterator<E> implements ListIterator<E> {
        /** Snapshot of the array */
        private final Object[] snapshot;
        /** Index of element to be returned by subsequent call to next.  */
        private int cursor;

        private COWIterator(Object[] elements, int initialCursor) {
            cursor = initialCursor;
            snapshot = elements;
        }
        ... ...

迭代器中遍历的元素实际上是CopyOnWriteArrayList中array的快照，而对快照进行修改是没有意义的。

 

另外，CopyOnWriteArraySet的底层是通过CopyOnWriteArrayList实现的，这个有感兴趣的还是自行看源码了解吧。