CopyOnWriteArrayList实现原理及源码分析

　　CopyOnWriteArrayList是Java并发包中提供的一个并发容器，它是个线程安全且读操做无锁的ArrayList，写操做则经过建立底层数组的新副原本实现，是一种读写分离的并发策略，咱们也能够称这种容器为"写时复制器"，Java并发包中相似的容器还有CopyOnWriteSet。本文会对CopyOnWriteArrayList的实现原理及源码进行分析。

实现原理

　　咱们都知道，集合框架中的ArrayList是非线程安全的，Vector虽是线程安全的，但因为简单粗暴的锁同步机制，性能较差。而CopyOnWriteArrayList则提供了另外一种不一样的并发处理策略（固然是针对特定的并发场景）。

　　不少时候，咱们的系统应对的都是读多写少的并发场景。CopyOnWriteArrayList容器容许并发读，读操做是无锁的，性能较高。至于写操做，好比向容器中添加一个元素，则首先将当前容器复制一份，而后在新副本上执行写操做，结束以后再将原容器的引用指向新容器。

　　优缺点分析

　　了解了CopyOnWriteArrayList的实现原理，分析它的优缺点及使用场景就很容易了。

　　优势：

　　读操做性能很高，由于无需任何同步措施，比较适用于读多写少的并发场景。Java的list在遍历时，若中途有别的线程对list容器进行修改，则会抛出ConcurrentModificationException异常。而CopyOnWriteArrayList因为其"读写分离"的思想，遍历和修改操做分别做用在不一样的list容器，因此在使用迭代器进行遍历时候，也就不会抛出ConcurrentModificationException异常了

　　缺点：

　　缺点也很明显，一是内存占用问题，毕竟每次执行写操做都要将原容器拷贝一份，数据量大时，对内存压力较大，可能会引发频繁GC；二是没法保证明时性，Vector对于读写操做均加锁同步，能够保证读和写的强一致性。而CopyOnWriteArrayList因为其实现策略的缘由，写和读分别做用在新老不一样容器上，在写操做执行过程当中，读不会阻塞但读取到的倒是老容器的数据。

源码分析

　　基本原理了解了，CopyOnWriteArrayList的代码实现看起来就很容易理解了。

public boolean add(E e) { //ReentrantLock加锁，保证线程安全
        final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock(); try { Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; //拷贝原容器，长度为原容器长度加一
            Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1); //在新副本上执行添加操做
            newElements[len] = e; //将原容器引用指向新副本
 setArray(newElements); return true; } finally { //解锁
 lock.unlock(); } }  

　　添加的逻辑很简单，先将原容器copy一份，而后在新副本上执行写操做，以后再切换引用。固然此过程是要加锁的。

　　删除操做

 public E remove(int index) { //加锁
        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) //若是要删除的是列表末端数据，拷贝前len-1个数据到新副本上，再切换引用
                setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1)); else { //不然，将除要删除元素以外的其余元素拷贝到新副本中，并切换引用
                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 { //解锁
 lock.unlock(); } }

　　删除操做同理，将除要删除元素以外的其余元素拷贝到新副本中，而后切换引用，将原容器引用指向新副本。同属写操做，须要加锁。

　　咱们再来看看读操做，CopyOnWriteArrayList的读操做是不用加锁的，性能很高。

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

　　直接读取便可，无需加锁

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

 总结

　　本文对CopyOnWriteArrayList的实现原理和源码进行了分析，并对CopyOnWriteArrayList的优缺点也进行了分析（Java并发包中还提供了CopyOnWriteSet，原理相似）。其实所谓并发容器的优缺点，无非是取决于咱们在面对特定并发场景时，是否能作出相对合理的选择和应用。也但愿本文能帮助到有须要的童鞋，共勉。