一、CopyOnArrayList概述
1.1 概述
ArrayList是线程不安全的集合，而CopyOnWriteArrayList是一种线程安全的ArrayList，底层是基于数组实现，不过该数组使用了volatile关键字修饰。
实现线程安全的原理是，“人如其名”，就是 Copy On Write（写时复制），意思就是在对其进行修改操作的时候，复制一个新的ArrayList，在新的ArrayList上进行修改操作，从而不影响旧的ArrayList的读操作，完成修改之后，再将原容器的引用指向新的容器。
1.2 优点
线程安全
通过volatile关键字 锁 数组复制实现的线程安全
CopyOnWriteArrayList 利用了“不变性”原理，因为容器每次修改都是创建新副本，所以对于旧容器来说，其实是不可变的，也是线程安全的，无需进一步的同步操作。我们可以对 CopyOnWrite 容器进行并发的读，而不需要加锁，因为当前容器不会添加任何元素，也不会有修改。
读写分离
CopyOnWriteArrayList 的所有修改操作（add，set等）都是通过创建底层数组的新副本来实现的，所以 CopyOnWrite 容器也是一种读写分离的思想体现，读和写使用不同的容
迭代期间允许修改集合内容
CopyOnWriteArrayList 的迭代器在迭代的时候，如果数组内容被修改了，CopyOnWriteArrayList 不会报 ConcurrentModificationException 的异常，因为迭代器使用的依然是旧数组，只不过迭代的内容可能已经过时了
1.3 缺点
内存占用问题
因为 CopyOnWrite 的写时复制机制，所以在进行写操作的时候，内存里会同时驻扎两个对象的内存，这一点会占用额外的内存空间
在元素较多或者复杂的情况下，复制的开销很大
复制过程不仅会占用双倍内存，还需要消耗 CPU 等资源，会降低整体性能
数据一致性问题
数据不是强一致的，是弱一致的
由于 CopyOnWrite 容器的修改是先修改副本，所以这次修改对于其他线程来说，并不是实时能看到的，只有在修改完之后才能体现出来。如果你希望写入的的数据马上能被其他线程看到，CopyOnWrite 容器是不适用的
二、适用场景
读操作可以尽可能的快，而写即使慢一些也没关系
在很多应用场景中，读操作可能会远远多于写操作。比如，有些系统级别的信息，往往只需要加载或者修改很少的次数，但是会被系统内所有模块频繁的访问。对于这种场景，我们最希望看到的就是读操作可以尽可能的快，而写即使慢一些也没关系。
再例如，新闻的场景
适合读多写少的场景
黑名单是最典型的场景，假如我们有一个搜索网站，用户在这个网站的搜索框中，输入关键字搜索内容，但是某些关键字不允许被搜索。这些不能被搜索的关键字会被放在一个黑名单中，黑名单并不需要实时更新，可能每天晚上更新一次就可以了。当用户搜索时，会检查当前关键字在不在黑名单中，如果在，则提示不能搜索。这种读多写少的场景也很适合使用 CopyOnWrite 集合。
三、CopyOnArrayList原理
使用ReentrantLock加锁，保证操作过程中线程安全。
使用volatile关键字修饰数组，保证当前线程对数组对象重新赋值后，其他线程可以及时感知到
四、源码分析
数据结构
代码语言：java复制public class CopyOnWriteArrayList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
private static final long serialVersionUID = 8673264195747942595L;
/** The lock protecting all mutators */
final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
/** CopyOnWriteArrayList底层由数组实现，volatile修饰，保证数组的可见性 */
private transient volatile Object[] array;
/**
* Gets the array. Non-private so as to also be accessible
* from CopyOnWriteArraySet class.
*/
final Object[] getArray() {
return array;
}
//初始化CopyOnWriteArrayList相当于初始化数组
public CopyOnWriteArrayList() {
setArray(new Object[0]);
}添加元素 add
添加元素的流程：
①先使用ReentrantLock加锁，保证线程安全。
②再创建一个新数组，长度是原数组长度 1，并把原数组元素拷贝到新数组里面。
③然后在新数组末尾位置赋值
④使用新数组替换掉原数组
⑤最后释放锁
代码语言：java复制 /**
* 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) {
// 加锁，保证线程安全
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
// 获取原数组
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
// 创建一个新数组，长度原数组长度 1，并把原数组元素拷贝到新数组里面
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len 1);
// 直接赋值给新数组末尾位置
newElements[len] = e;
// 替换原数组
setArray(newElements);
// 释放锁
return true;
} finally {
lock.unlock();
}
}get
get 相关的操作没有加锁，保证了读取操作的高速
代码语言：java复制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];
}set
代码语言：java复制/**
* Replaces the element at the specified position in this list with the
* specified element.
*
* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
*/
public E set(int index, E element) {
// 加锁，保证线程安全
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
Object[] elements = getArray();
E oldValue = get(elements, index);
//旧值和新值不一致，创建一个新数组
if (oldValue != element) {
int len = elements.length;
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len);
newElements[index] = element;
setArray(newElements);
} else {
// Not quite a no-op; ensures volatile write semantics
setArray(elements);
}
return oldValue;
} finally {
lock.unlock();
}
}remove删除元素
删除元素的流程：
①先使用ReentrantLock加锁，保证线程安全。
②再创建一个新数组，长度是原数组长度-1，并把原数组中剩余元素（不包含需要删除的元素）拷贝到新数组里面。
③使用新数组替换掉原数组
④最后释放锁
代码语言：java复制// 按照下标删除元素
public E remove(int index) {
// 加锁，保证线程安全
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
// 获取原数组
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
E oldValue = get(elements, index);
// 计算需要移动的元素个数
int numMoved = len - index - 1;
if (numMoved == 0) {
// 0表示删除的是数组末尾的元素
setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
} else {
// 创建一个新数组，长度是原数组长度-1
Object[] newElements = new Object[len - 1];
// 把原数组下标前后两段的元素都拷贝到新数组里面
System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
System.arraycopy(elements, index 1, newElements, index,
numMoved);
// 替换原数组
setArray(newElements);
}
return oldValue;
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
}
}迭代器
迭代器有两个重要的属性，分别是 Object[] snapshot 和 int cursor。
其中 snapshot 代表数组的快照，也就是创建迭代器那个时刻的数组情况，而 cursor 则是迭代器的游标。
迭代器在被构建的时候，会把当时的 elements 赋值给 snapshot，而之后的迭代器所有的操作都基于 snapshot 数组进行的
在 next 方法中可以看到，返回的内容是 snapshot 对象，所以，后续就算原数组被修改，这个 snapshot 既不会感知到，也不会受影响，执行迭代操作不需要加锁，也不会因此抛出异常。迭代器返回的结果，和创建迭代器的时候的内容一致
代码语言：java复制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;
}
public boolean hasNext() {
return cursor < snapshot.length;
}
public boolean hasPrevious() {
return cursor > 0;
}
@SuppressWarnings("unchecked")
public E next() {
if (! hasNext())
throw new NoSuchElementException();
return (E) snapshot[cursor ];
}五、Demo
代码语言：java复制/**
* 描述： 演示CopyOnWriteArrayList迭代期间可以修改集合的内容
*/
public class CopyOnWriteArrayListDemo {
public static void main(String[] args) {
CopyOnWriteArrayList<Integer> list = new CopyOnWriteArrayList<>(new Integer[]{1, 2, 3});
System.out.println(list); //[1, 2, 3]
//Get iterator 1
Iterator<Integer> itr1 = list.iterator();
//Add one element and verify list is updated
list.add(4);
System.out.println(list); //[1, 2, 3, 4]
//Get iterator 2
Iterator<Integer> itr2 = list.iterator();
System.out.println("====Verify Iterator 1 content====");
itr1.forEachRemaining(System.out::println); //1,2,3
System.out.println("====Verify Iterator 2 content====");
itr2.forEachRemaining(System.out::println); //1,2,3,4
}
}[1, 2, 3]
[1, 2, 3, 4]
====Verify Iterator 1 content====
1
2
3
====Verify Iterator 2 content====
1
2
3
4这两个迭代器打印出来的内容是不一样的。第一个迭代器打印出来的是 1, 2, 3，而第二个打印出来的是 1, 2, 3, 4。虽然它们的打印时机都发生在第四个元素被添加之后，但它们的创建时机是不同的。由于迭代器 1 被创建时的 List 里面只有三个元素，后续无论 List 有什么修改，对它来说都是无感知的
