CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList 是一个线程安全，读无锁写时复制的ArrayList。

CopyOnWriteArrayList 是典型的空间换时间方式。

写时复制：当新元素添加到CopyOnWriteArrayList时，会先把原来数组的元素拷贝到新的数组中，然后在新的数组中做写操作，写操作完成之后，再将原来的数组引用（volatile修饰的数组引用）指向新的数组。

CopyOnWriteArrayList 的几个重要的方法：

　　add(E e)：添加元素到末尾。

　　add(int index, E element)：添加元素到指定位置。

　　get(int index)：获取指定位置上的元素。

　　remove(int index)：删除指定位置上的元素，返回该元素的值。

　　remove(Object o)：删除元素o，成功返回true，失败返回false。

　　遍历CopyOnWriteArrayList：iterator()遍历，实际中更常用的是 foreach 循环遍历。

下面通过源码来更加深入的了解CopyOnWriteArrayList：

CopyOnWriteArrayList的类的声明：

public class CopyOnWriteArrayList<E>
    implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
    ......
}

　　说明：CopyOnWriteArrayList实现了List接口，List接口定义了对列表的基本操作；同时实现了RandomAccess接口，表示可以随机访问（数组具有随机访问的特性）；同时实现了Cloneable接口，表示可克隆；同时也实现了Serializable接口，表示可被序列化。

CopyOnWriteArrayList类变量的声明：

    transient final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    private volatile transient Object[] array;

　　说明：属性中有一个可ReentrantLock重入锁，用来保证线程安全访问，还有一个被关键字volatile修饰的Object类型的数组，用来存放具体的元素，这个非常重要，保证了线程对数组改变的可见性，即线程每次获取到的都是最新的数组。

add(E e)：

public boolean add(E e) {
        // 可重入锁
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        // 获取锁
        lock.lock();
        try {
            // 元素数组
            Object[] elements = getArray();
            // 数组长度
            int len = elements.length;
            // 复制数组
            Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
            // 存放元素e
            newElements[len] = e;
            // 设置数组
            setArray(newElements);
            return true;
        } finally {
            // 释放锁
            lock.unlock();
        }
    }

说明：此函数用于将指定元素添加到此列表的尾部，处理流程如下

　　❤ 代码的第3行获取锁（保证多线程的安全访问），代码的第8行获取当前的Object数组，代码的第10行获取Object数组的长度为length；

　　❤ 代码的第12行根据Object数组复制一个长度为length+1的Object数组为newElements（此时，newElements[length]为null）；

　　❤ 代码第14行将下标为length的数组元素newElements[length]设置为元素e，代码第16行再设置当前Object[ ]为newElements，代码第20行释放锁，返回。

 这样就完成了元素的添加。

 可以看出CopyOnWriteArrayList的写操作，首先需要获取lock锁对象，其次只要对CopyOnWriteArrayList进行写，修改，删除操作时，都会伴随着Arrays.copyOf()拷贝操作，这些原因导致了CopyOnWriteArrayList写操作的性能低下。

 遍历CopyOnWriteArrayList：

以iterator()为例，对CopyOnWriteArrayList的遍历操作”进行说明：

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

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

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

        public boolean hasNext() {
            return cursor < snapshot.length;
        }

        public boolean hasPrevious() {
            return cursor > 0;
        }

        // 获取下一个元素
        @SuppressWarnings("unchecked")
        public E next() {
            if (! hasNext())
                throw new NoSuchElementException();
            return (E) snapshot[cursor++];
        }

        // 获取上一个元素
        @SuppressWarnings("unchecked")
        public E previous() {
            if (! hasPrevious())
                throw new NoSuchElementException();
            return (E) snapshot[--cursor];
        }

        public int nextIndex() {
            return cursor;
        }

        public int previousIndex() {
            return cursor-1;
        }


        //不支持remove
        public void remove() {
            throw new UnsupportedOperationException();
        }

        //不支持set
        public void set(E e) {
            throw new UnsupportedOperationException();
        }


        //不支持add
        public void add(E e) {
            throw new UnsupportedOperationException();
        }

        @Override
        public void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) {
            Objects.requireNonNull(action);
            Object[] elements = snapshot;
            final int size = elements.length;
            for (int i = cursor; i < size; i++) {
                @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) elements[i];
                action.accept(e);
            }
            cursor = size;
        }
    }

说明：

　　（1）创建迭代器的时候, 会保存数组元素的快照（有一个引用指向原数组），并发情况下可能会导致遍历与实际的结果不一致，所以在迭代的过程中，往CopyOnWriteArrayList中添加删除元素都不会抛出异常，连感知都感知不到，因为操作的底层数组都是不一样的。

　　（2）COWIterator不支持修改元素的操作。例如，对于remove(), set(), add()等操作，COWIterator都会抛出异常！

　　（3）另外，需要提到的一点是，CopyOnWriteArrayList返回迭代器不会抛出ConcurrentModificationException异常，即它不是fail-fast机制的！

CopyOnWriteArrayList 的缺点：

　　❤ 内存占用问题，在写操作时，由于会拷贝数组，若原数组较大，则有可能会导致Full GC频繁，且GC响应时间较长。

　　❤ 数据一致性问题，CopyOnWriteArrayList只能保证数据最终一致性，不能保证数据的实时一致性。

　　❤ 只适合读多写少的场景。