深入Java集合学习系列：CopyOnWriteArrayList详解

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CopyOnWriteArrayList是ArrayList 的一个线程安全的变体，其中所有可变操作（add、set等等）都是通过对底层数组进行一次新的复制来实现的。

这一般需要很大的开销，但是当遍历操作的数量大大超过可变操作的数量时，这种方法可能比其他替代方法更 有效。在不能或不想进行同步遍历，但又需要从并发线程中排除冲突时，它也很有用。“快照”风格的迭代器方法在创建迭代器时使用了对数组状态的引用。此数组在迭代器的生存期内不会更改，因此不可能发生冲突，并且迭代器保证不会抛出ConcurrentModificationException。创建迭代器以后，迭代器就不会反映列表的添加、移除或者更改。在迭代器上进行的元素更改操作（remove、set和add）不受支持。这些方法将抛出UnsupportedOperationException。允许使用所有元素，包括null。

内存一致性效果：当存在其他并发 collection 时，将对象放入CopyOnWriteArrayList之前的线程中的操作 happen-before 随后通过另一线程从CopyOnWriteArrayList中访问或移除该元素的操作。

这种情况一般在多线程操作时，一个线程对list进行修改。一个线程对list进行fore时会出现java.util.ConcurrentModificationException错误。

下面来看一个列子：两个线程一个线程fore一个线程修改list的值。

?

package

com.lucky.concurrent.list;

import

java.util.ArrayList;

import

java.util.List;

import

java.util.concurrent.ExecutorService;

import

java.util.concurrent.Executors;

public

class

CopyOnWriteArrayListDemo {

/**

*

读线程

*

@author wangjie

**/
private

static

class

ReadTask implements

Runnable {

List<String>

list;

public

ReadTask(List list) {

this.list

= list;

}

public

void

run() {

for

(String str : list) {

            System.out.println(str);

}}}/**

*

写线程

*

@author wangjie

**/
private

static

class

WriteTask implements

Runnable {

List<String>

list;

int

index;

public

WriteTask(List list, int

index) {

this.list

= list;

this.index

= index;

}

public

void

run() {

list.remove(index);

list.add(index,

“write_”

index);

}

}public

void

run() {

final

int

NUM = 10;

List<String>

list = new

ArrayList();

for

(int

i = 0;

i < NUM; i++) {

list.add("main_"

i);

}ExecutorService

executorService = Executors.newFixedThreadPool(NUM);

for

(int

i = 0;

i < NUM; i++) {

executorService.execute(new

ReadTask(list));

executorService.execute(new

WriteTask(list, i));

    }executorService.shutdown();

}public

static

void

main(String[] args) {

new

CopyOnWriteArrayListDemo().run();

}

}运行结果：

从结果中可以看出来。在多线程情况下报错。其原因就是多线程操作结果：那这个种方案不行我们就换个方案。用jdk自带的类CopyOnWriteArrayList来做容器。这个类和ArrayList最大的区别就是add(E) 的时候。容器会自动copy一份出来然后再尾部add(E)。看源码：

?

/**

*

Appends the specified element to the end of this list.

**

@param e element to be appended to this list

*

@return true (as specified by {@link Collection#add})

*/

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();

}}用到了Arrays.copyOf 方法。这样导致每次操作的都不是同一个引用。也就不会出现java.util.ConcurrentModificationException错误。

换了种方案看代码：

?

//

List list = new ArrayList();

CopyOnWriteArrayList<String>

list = new

CopyOnWriteArrayList();

也就把容器list换成了 CopyOnWriteArrayList，其他的没变。线程里面的list不用改。因为 CopyOnWriteArrayList实现的也是list 接口。看结果：

其结果没报错。

CopyOnWriteArrayList add(E) 和remove(int index)都是对新的数组进行修改和新增。所以在多线程操作时不会出现java.util.ConcurrentModificationException错误。

所以最后得出结论：CopyOnWriteArrayList适合使用在读操作远远大于写操作的场景里，比如缓存。发生修改时候做copy，新老版本分离，保证读的高性能，适用于以读为主的情况。

CopyOnWriteArrayList类是高效的线程安全的类。线程安全是因为该类对于所有的修改方法都使用了加锁操作。高效是因为对于迭代操作是对原有集合的引用，避免了同步的开销。

?

/* The lock protecting all mutators /

transient final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

/** The array, accessed only via getArray/setArray. */
private volatile transient Object[] array;

这两个成员变量是该类的核心，对集合所有的修改操作都需要使用lock加锁，array则是整个集合的数据储存部分，关键在于该array被声明为volatile，当一个线程对与线程中array副本的修改会立即同步到主内存中该变量中去。

?

public CopyOnWriteArrayList(Collection