简介

ArrayList是开发中使用比较多的集合，它不是线程安全的，CopyOnWriteArrayList就是线程安全版本的ArrayList。CopyOnWriteArrayList同样是通过数组实现，这个类的名字叫“CopyOnWrite ”，它是在写入的时候拷贝数组，对副本进行操作。

原理

CopyOnWriteArrayList采用了一种读写分离的并发策略。CopyOnWriteArrayList容器允许并发读，读操作是无锁的，性能较高。至于写操作，比如向容器中添加一个元素，则首先将当前容器复制一份，然后在新副本上执行写操作，结束之后再将原容器的引用指向新容器。示意图如下：

继承体系

通过类图，可以看到CopyOnWriteArrayList的继承体系·：

• 实现了List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable等接口。

• 实现了List，提供了基础的添加、删除、遍历等操作。

• 实现了RandomAccess，提供了随机访问的能力。

• 实现了Cloneable，可以被克隆。

• 实现了Serializable，可以被序列化。

源码分析

属性

 //可重入锁，保证线程安全 final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); //存放数据元素的数组，只能通过get/set方法访问 private transient volatile Object[] array; final Object[] getArray() { return array; } final void setArray(Object[] a) { array = a; }

  

 

  
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• lock：用于修改时加锁，使用transient修饰表示不自动序列化。
• array:被使用volatile修饰表示一个线程对这个字段的修改另外一个线程立即可见。

构造方法

• 无参构造方法：创建一个空数组

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

  

 

  
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• 有参构造方法，参数为集合

 public CopyOnWriteArrayList(Collection<? extends E> c) { Object[] elements; // 如果c也是CopyOnWriteArrayList类型 // 那么直接把它的数组拿过来使用 if (c.getClass() == CopyOnWriteArrayList.class) elements = ((CopyOnWriteArrayList<?>)c).getArray(); else { //否则，先转换为数组 elements = c.toArray(); // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652) //  检查c.toArray()返回的是不是Object[]类型，如果不是，重新拷贝成Object[].class类型 if (elements.getClass() != Object[].class) elements = Arrays.copyOf(elements, elements.length, Object[].class); } setArray(elements); }

  

 

  
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• 有参构造方法，参数为数组

 //把toCopyIn的元素拷贝给当前list的数组。 public CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn) { setArray(Arrays.copyOf(toCopyIn, toCopyIn.length, Object[].class)); }

  

 

  
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add(E e)

添加一个元素到末尾

 public boolean add(E e) { //获取锁 final ReentrantLock lock = this.lock; //加锁 lock.lock(); try { //旧数组 Object[] elements = getArray(); //获取旧数组长度 int len = elements.length; //拷贝旧数组的值到新数组 Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1); //将插入的元素放到最后 newElements[len] = e; //存放元素数组置为新数组  setArray(newElements); return true; } finally { //释放锁 lock.unlock(); } }

  

 

  
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add(int index, E element)

在指定位置插入数组

 public void add(int index, E element) { //获取锁 final ReentrantLock lock = this.lock; //加锁 lock.lock(); try { //旧数组 Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; //判断下标是否越界 if (index > len || index < 0) throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+ ", Size: "+len); //新数组  Object[] newElements; int numMoved = len - index; if (numMoved == 0) // 如果插入的位置是最后一位 // 那么拷贝一个n+1的数组, 其前n个元素与旧数组一致 newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1); else { // 如果插入的位置不是最后一位 // 那么新建一个n+1的数组 newElements = new Object[len + 1]; //拷贝旧数组[0,……index-1]下标的元素 System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index); //拷贝旧数组的其余元素到新数组[index+1，……length+1]，刚好空出了index下标位置 System.arraycopy(elements, index, newElements, index + 1, numMoved); } //将插入的元素放到index下标位置 newElements[index] = element; //给array赋值 setArray(newElements); } finally { //释放锁 lock.unlock(); } }

  

 

  
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写入操作:

• 在上面添加元素的操作中，都进行了加锁的操作
• 拷贝一个新数组，长度等于原数组长度加1，并把原数组元素拷贝到新数组中
• 把新数组赋值给当前对象的array属性，覆盖原数组

remove(int index)

根据下标位置移除数据元素：

 public E remove(int index) { //获取锁 final ReentrantLock lock = this.lock; //加锁  lock.lock(); try { //旧数组 Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; E oldValue = get(elements, index); int numMoved = len - index - 1; if (numMoved == 0) // 如果移除的是最后一位 // 那么直接拷贝一份n-1的新数组, 最后一位就自动删除了 setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1)); else { // 如果移除的不是最后一位 // 那么新建一个n-1的新数组 Object[] newElements = new Object[len - 1]; // 将前index个元素拷贝到新数组中 System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index); // 将index后面(不包含)的元素往前挪一位 // 这样正好把index位置覆盖掉了, 相当于删除了 System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index, numMoved); setArray(newElements); } return oldValue; } finally { //释放锁 lock.unlock(); } }

  

 

  
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删除操作：删除操作同理，将除要删除元素之外的其他元素拷贝到新副本中，然后切换引用，将原容器引用指向新副本。同属写操作，需要加锁。

get(int index)

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


  

 

  
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获取操作:获取操作属于读操作，直接通过数组下标获取数据元素，没有加锁，所以保证了性能。

size()

 public int size() { //返回数组长度 return getArray().length; }

  

 

  
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和ArrayList不同，查看ArrayList源码阅读笔记，可以发现ArrayList中是有size属性的，这是因为ArrayList数组的长度实际是要大于集合的大小的。CopyOnWriteArrayList每次修改都是拷贝一份正好可以存储目标个数元素的数组，所以不需要size属性，直接返回数组长度即可。

总结

• CopyOnWriteArrayList使用ReentrantLock重入锁加锁，保证线程安全；

• CopyOnWriteArrayList的写操作都要先拷贝一份新数组，在新数组中做修改，修改完了再用新数组替换老数组，所以空间复杂度是O(n)，性能相对低下；

• CopyOnWriteArrayList的读操作支持随机访问，时间复杂度为O(1)；

• CopyOnWriteArrayList采用读写分离的思想，读操作不加锁，写操作加锁，且写操作占用较大内存空间，所以适用于读多写少的场合；

• CopyOnWriteArrayList只保证最终一致性，不保证实时一致性；

纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。

参考：

【1】：【死磕 Java 集合】— CopyOnWriteArrayList源码分析
【2】：CopyOnWriteArrayList实现原理及源码分析

文章来源: blog.csdn.net，作者：三分恶，版权归原作者所有，如需转载，请联系作者。

原文链接：blog.csdn.net/sinat_40770656/article/details/108049333