【JUC】CopyOnWriteArrayList

写入时复制（CopyOnWrite）

什么是CopyOnWrite容器

　　CopyOnWrite容器即写时复制的容器。通俗的理解是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，因为写方法不会影响到读的容器。所以CopyOnWrite容器也是一种读写分离的思想，读和写不同的容器。读不加锁，写要加。（写包含了add，remove，用ReentrantLock加锁）

CopyOnWriteArrayList的实现原理

　　在使用CopyOnWriteArrayList之前，我们先阅读其源码了解下它是如何实现的。以下代码是向CopyOnWriteArrayList中add方法的实现（向CopyOnWriteArrayList里添加元素），可以发现在添加的时候是需要加锁的，否则多线程写的时候会Copy出N个副本出来。

类的内部类：COWIterator类　

static final class COWIterator<E> implements ListIterator<E> {
        /** Snapshot of the array */
        // 快照
        private final Object[] snapshot;
        /** Index of element to be returned by subsequent call to next.  */
        // 游标
        private int cursor;
        // 构造函数
        private COWIterator(Object[] elements, int initialCursor) {
            cursor = initialCursor;
            snapshot = elements;
        }
        // 是否还有下一项
        public boolean hasNext() {
            return cursor < snapshot.length;
        }
        // 是否有上一项
        public boolean hasPrevious() {
            return cursor > 0;
        }
        // next项
        @SuppressWarnings("unchecked")
        public E next() {
            if (! hasNext()) // 不存在下一项，抛出异常
                throw new NoSuchElementException();
            // 返回下一项
            return (E) snapshot[cursor++];
        }

        @SuppressWarnings("unchecked")
        public E previous() {
            if (! hasPrevious())
                throw new NoSuchElementException();
            return (E) snapshot[--cursor];
        }

        // 下一项索引
        public int nextIndex() {
            return cursor;
        }

        // 上一项索引
        public int previousIndex() {
            return cursor-1;
        }

        /**
         * Not supported. Always throws UnsupportedOperationException.
         * @throws UnsupportedOperationException always; {@code remove}
         *         is not supported by this iterator.
         */
        // 不支持remove操作
        public void remove() {
            throw new UnsupportedOperationException();
        }

        /**
         * Not supported. Always throws UnsupportedOperationException.
         * @throws UnsupportedOperationException always; {@code set}
         *         is not supported by this iterator.
         */
        // 不支持set操作
        public void set(E e) {
            throw new UnsupportedOperationException();
        }

        /**
         * Not supported. Always throws UnsupportedOperationException.
         * @throws UnsupportedOperationException always; {@code add}
         *         is not supported by this iterator.
         */
        // 不支持add操作
        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：COWIterator表示迭代器，其也有一个Object类型的数组作为CopyOnWriteArrayList数组的快照，这种快照风格的迭代器方法在创建迭代器时使用了对当时数组状态的引用，迭所以代时是对原集合的拷贝进行遍历。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。

核心函数分析

　　对于CopyOnWriteArrayList的函数分析，主要明白Arrays.copyOf方法即可理解CopyOnWriteArrayList其他函数的意义。

　　1. copyOf函数

public static <T,U> T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class<? extends T[]> newType) {
        @SuppressWarnings("unchecked")
        // 确定copy的类型（将newType转化为Object类型，将Object[].class转化为Object类型，判断两者是否相等，若相等，则生成指定长度的Object数组
        // 否则,生成指定长度的新类型的数组）
        T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class)
            ? (T[]) new Object[newLength]
            : (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength);
        // 将original数组从下标0开始，复制长度为(original.length和newLength的较小者),复制到copy数组中（也从下标0开始）
        System.arraycopy(original, 0, copy, 0,
                         Math.min(original.length, newLength));
        return copy;
    }

2. add函数

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();
        }
    }

add用到了可重入锁来加锁（没有用synchronize），创建一个大小比原来大1的新数组。remove创建一个大小比原来小1的新数组

3.get函数

public E get(int index) {
        return get(getArray(), index);
    }

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

vector的get函数是加了锁的：

    public synchronized E get(int index) {
        if (index >= elementCount)
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);

        return elementData(index);
    }

CopyOnWriteArrayList的源码很简单，其主要用到的快照的思路，使得在迭代的过程中，只是Object数组之前的某个快照，而不是最新的Object，这样可以保证在迭代的过程中不会抛出ConcurrentModificationException异常

CopyOnWrite的缺点

　　CopyOnWrite容器有很多优点，但是同时也存在两个问题，即内存占用问题和数据一致性问题。所以在开发的时候需要注意一下。

　　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，旧的对象和新写入的对象（注意:在复制的时候只是复制容器里的引用，只是在写的时候会创建新对象添加到新容器里，而旧容器的对象还在使用，所以有两份对象内存）。如果这些对象占用的内存比较大，比如说200M左右，那么再写入100M数据进去，内存就会占用300M，那么这个时候很有可能造成频繁的Yong GC和Full GC。之前我们系统中使用了一个服务由于每晚使用CopyOnWrite机制更新大对象，造成了每晚15秒的Full GC，应用响应时间也随之变长。

　　针对内存占用问题，可以通过压缩容器中的元素的方法来减少大对象的内存消耗，比如，如果元素全是10进制的数字，可以考虑把它压缩成36进制或64进制。或者不使用CopyOnWrite容器，而使用其他的并发容器，如ConcurrentHashMap。

　　数据一致性问题。CopyOnWrite容器只能保证数据的最终一致性，不能保证数据的实时一致性。所以如果你希望写入的的数据，马上能读到，请不要使用CopyOnWrite容器。

所以对于CopyOnWrite容器来说，只适合在读操作远远多于写操作的场景下使用，比如说缓存。

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