CopyOnWriteArrayList是Java并发中提供的一个并发容器，它是个线程安全且读操作无锁的ArrayList。
写操作则通过创建底层数组的新副本来实现，是一种读写分离的并发策略，我们也可以称这种容器为”写时复制器”。
COW写时复制
CopyOnWrite简称COW，当我们往一个容器添加元素的时候，不直接往当前容器添加，而是先将当前容器进行Copy，复制出一个新的容器，然后新的容器里添加元素，添加完元素之后，再将原容器的引用指向新的容器。
这样做的好处是我们可以对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。
所以CopyOnWrite容器也是一种读写分离的思想，读和写不同的容器。
CopyOnWriteArrayList简介
CopyOnWriteArrayList是ArrayList的线程安全版本，从它的名字可以推测，CopyOnWriteArrayList是在有写操作的时候会copy一份数据，然后写完再设置成新的数据。
JDK 中提供了 CopyOnWriteArrayList 类，为了将读取的性能发挥到极致，CopyOnWriteArrayList 读取是完全不用加锁的，并且更厉害的是写入也不会阻塞读取操作。
只有写入和写入之间需要进行同步等待，这样一来，读操作的性能就会大幅度提升。
CopyOnWriteArrayList使用场景
CopyOnWriteArrayList适合使用在数据读多写少的情况下，如果数据对实时性要求比较高的业务场景则不适合使用CopyOnWriteArrayList。
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。
读多写少
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。
CopyOnWriteArrayList优缺点
CopyOnWriteArrayList的优点
CopyOnWriteArrayList的优点主要有两个：
- 线程安全
- 大大的提高了“读”操作的并发度(相比于
Vector)
CopyOnWriteArrayList的缺点
1. 内存占用太大，缺点很明显的就是在wirte操作的时候，我们发现它都是使用Arrays.copyOf复制到一个新数组来完成的，如果有频繁的wirte操作就比较的占用内存，可能引起频繁的JVMYong GC和Full GC操作，write操作效率比较低；
2. 无法保证数据的实时一致性，因为其读和写在不同的array中操作，所以如果多个线程在操作，例如线程A、B，如果想要保证线程A写入线程B马上能读到就不行，但是不适合对实时性要求比较高的场景。
CopyOnWriteArrayList实现原理
我们都知道，集合框架中的ArrayList是非线程安全的，Vector虽是线程安全的，但由于简单粗暴的锁同步机制，性能较差，而CopyOnWriteArrayList则提供了另一种不同的并发处理策略（当然是针对特定的并发场景）。
很多时候，我们的系统应对的都是读多写少的并发场景，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。
下面我们就来一起看看CopyOnWriteArrayList是如何实现线程安全的。
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();
/** The array, accessed only via getArray/setArray. */
private transient volatile Object[] array;
从源码中我们可以知道CopyOnWriteArrayList这和ArrayList底层实现都是通过一个Object的数组来实现的，只不过 CopyOnWriteArrayList的数组是通过volatile来修饰的，还有新增了ReentrantLock。
add方法
public boolean add(E e) {
// 先获取锁
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
// 复制一个新的数组
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
newElements[len] = e;
// 把新数组的值 赋给原数组
setArray(newElements);
return true;
} finally {
// 释放锁
lock.unlock();
}
}
上述源码我们可以发现比较简单，有几个点需要稍微注意下
- 增加数据的时候是通过
ReentrantLock加锁操作来（在jdk11的时候采用了synchronized来替换ReentrantLock)保证多线程写的时候只有一个线程进行数组的复制，否则的话内存中会有多份被复制的数据，导致数据错乱。 - 数组是通过
volatile修饰的，根据volatile的happens-before规则，写线程对数组引用的修改是可以立即对读线程是可见的。 - 通过写时复制来保证读写在两个不同的数据容器中进行操作。
get方法
get(int index)方法用于获取指定位置的元素，源码如下：
/**
* {@inheritDoc}
*
* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
*/
public E get(int index) {
// 调用内部get方法
return get(getArray(), index);
}
@SuppressWarnings("unchecked")
private E get(Object[] a, int index) {
return (E) a[index];
}
可以看到get(int index)不需要加锁，因为CopyOnWriteArrayList在add/remove操作时，不会修改原数组，所以读操作不会存在线程安全问题。
这其实就是读写分离的思想，只有写入的时候才加锁，复制副本来进行修改。
CopyOnWriteArrayList总结
CopyOnWriteArrayList利用ReentrantLock + volatile + 数组拷贝实现了线程安全的ArrayList，CopyOnWriteArrayList适合读远大于写的场景。
陈睿mikechen
10年+大厂架构经验，资深技术专家，就职于阿里巴巴、淘宝、百度等一线互联网大厂。
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