Java 经典面试题：聊一聊 JUC 下的 CopyOnWriteArrayList

ArrayList 是我们常用的工具类之一，但是在多线程的情况下，ArrayList 作为共享变量时，并不是线程安全的。主要有以下两个原因：

• 1、 ArrayList 自身的 elementData、size、modCount 在进行操作的时候，都没有加锁；
• 2、这些变量没有被 volatile 修饰，在多线程的情况下，对这些变量操作可能会出现值被覆盖的情况；

如果我们想在多线程情况下使用 ArrayList 怎么办？有以下几种办法：

• 使用 Collections.SynchronizedList ；
• 使用 JUC 下的 CopyOnWriteArrayList；

先来看看 SynchronizedLis，Collections 其实就是对 ArrayList 进行了一个加锁包装，这个从源码中可以看出;

...部分源码，完整源码请查看 JDK 源码...
public void add(int index, E element) {
    synchronized (mutex) {list.add(index, element);}
}
public E remove(int index) {
    synchronized (mutex) {return list.remove(index);}
}

对于 Collections.SynchronizedList 比较简单，就是锁包装了一下，就不多说了~

CopyOnWriteArrayList 也是 JUC 下面的一个并发容器类。不知道你发现没有，但凡你常用的集合类，在 JUC 下基本上都可以找到一个并发类，比如 hashMap 有对应的 ConcurrentHashMap。

CopyOnWriteArrayList 跟 ArrayList 在整体架构上并没有什么区别，底层都是基于数组实现的。不同的地方大概有两点：

• 底层数组被 volatile 关键字修饰；
• 对数组进行数据变更时加锁；

CopyOnWriteArrayList 的加锁操作跟 Collections.SynchronizedList 简单的加锁还不一样，CopyOnWriteArrayList 中的加锁过程还是非常值得学习的。CopyOnWriteArrayList 的加锁过程，大概可以概括为以下四步：

• 1、加锁；
• 2、从原数组中拷贝出新数组；
• 3、在新数组上进行操作，并把新数组赋值给数组容器；
• 4、解锁；

结合源码来深入了解 CopyOnWriteArrayList 的并发实现，我们选择 ArrayList 最简单的将元素新增数组尾部的操作来分析实现过程，源码如下：

/**
 * 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) {
	// 获取锁，注意这是全局锁
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    // 加锁操作
    lock.lock();
    try {
	    // 获取数组
        Object[] elements = getArray();
        int len = elements.length;
        // 将数组内容拷贝到新数组中
        Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
        // 对新数组操作
        newElements[len] = e;
        // 变更底层数组的引用
        setArray(newElements);
        return true;
    } finally {
	    // 解锁
        lock.unlock();
    }
}

CopyOnWriteArrayList 就是通过加锁来说实现容器安全的，可能你会有疑问，为什么引入一个新数组，数组的拷贝还是消耗时间的，直接在原数组上操作不就好了吗？。主要原因有以下两点：

• volatile 关键字修饰的是数组，如果我们简单的在原来数组上修改其中某几个元素的值，是无法触发可见性的，我们必须通过修改数组的内存地址才行，也就说要对数组进行重新赋值才行。
• 在新的数组上进行拷贝，对老数组没有任何影响，只有新数组完全拷贝完成之后，外部才能访问到，降低了在赋值过程中，老数组数据变动的影响。比如经典的 ConcurrentModificationException 异常问题。

其他的新增方法就自己去查看源码了，相差不多，基本上是一样的。对数组的删除跟新增都是差不多，不同的地方是在删除了时候，赋值给新数组时会出现不同的选择策略。我把源码贴上：

public E remove(int index) {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    // 加锁
    lock.lock();
    try {
        Object[] elements = getArray();
        int len = elements.length;
        E oldValue = get(elements, index);
        // 先计算出要移动的问题
        int numMoved = len - index - 1;
        // 根据移动的位置选择策略
        if (numMoved == 0)
            setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
        else {
            Object[] newElements = new Object[len - 1];
            System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
            System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index,
                             numMoved);
            setArray(newElements);
        }
        return oldValue;
    } finally {
       //解锁
        lock.unlock();
    }
}

CopyOnWriteArrayList 还有其他的方法，在这里我就不过多介绍了。根据你们自己的疑问去扒一扒 CopyOnWriteArrayList 的源码就知道了，总体来说 CopyOnWriteArrayList 并不难，甚至感觉比 ArrayList 要简单。

总结一下：CopyOnWriteArrayList 是安全的并发容器，有以下两个特点：

• 1、对数组的写操作加锁，读操作不加锁；
• 2、通过加锁 + 数组拷贝+ volatile 来保证线程安全；

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