基于jdk1.7源碼

一、無鎖容器

CopyOnWriteArrayList是JDK5中添加的新的容器，除此之外，還有CopyOnWriteArraySet、ConcurrentHahshMap和ConcurrentLinkedQueue等，它們都是無鎖容器。

所謂無鎖，就是不需要使用對象內置鎖(synchronized)或顯示加鎖(Lock),而是拋棄鎖機制而使用其它一些策略來保證線程安全。

這些無鎖容器背后的通用策略是：對容器的修改可以與讀取操作同時發生，只要讀取者只能看完成修改的結果即可。修改是在容器數據結構的某個部分的一個單獨的副本(有時是整個數據結構的副本)上執行的，并且這個副本在修改過程中是不可視的。只有當修改完成時，被修改的結構才會自動地與主數據結構進行交換，之后讀取者就可以看到這個修改了。

——from《java編程思想》p755

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二、源碼分析

類聲明

public class CopyOnWriteArrayList<E>implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

屬性

/** The lock protecting all mutators *//** 重入鎖*/transient final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();/** The array, accessed only via getArray/setArray. *//** 數組，只能通過getArray/setArray訪問*/private volatile transient Object[] array;

構造器

/*** 構造器(構造一個空的數組)*/public CopyOnWriteArrayList() {setArray(new Object[0]);}/*** 構造器(使用指定的容器來創建，按照原容器中元素的順序)。*/public CopyOnWriteArrayList(Collection<? extends E> c) {Object[] elements = c.toArray();// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)if (elements.getClass() != Object[].class)elements = Arrays.copyOf(elements, elements.length, Object[].class);setArray(elements);}/*** 構造器(創建給定數組的拷貝)*/public CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn) {setArray(Arrays.copyOf(toCopyIn, toCopyIn.length, Object[].class));}

CopyOnWriteArrayList在創建時，并沒有默認容量，這點跟ArrayList不同。

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get方法

public E get(int index) {return get(getArray(), index);}final Object[] getArray() {return array;}

讀操作沒有進行同步，因為CopyOnWriteArrayList的讀和寫分離。

add方法

public boolean add(E e) {final ReentrantLock lock = this.lock;//使用重入鎖加鎖 lock.lock();try {//現有數組Object[] elements = getArray();int len = elements.length;//創建新數組，并擴容1，用現有數組元素來填充(末尾為空)Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);//將當前元素添加到數組尾部(在新數組上操作)newElements[len] = e;setArray(newElements);return true;} finally {//釋放鎖 lock.unlock();}}

remove方法

public boolean remove(Object o) {final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lock();try {Object[] elements = getArray();int len = elements.length;if (len != 0) {// Copy while searching for element to remove// This wins in the normal case of element being presentint newlen = len - 1;//新數組長度比原來少1//構建新數組Object[] newElements = new Object[newlen];//遍歷查找現有數組【不包含末位元素】for (int i = 0; i < newlen; ++i) {//若存在if (eq(o, elements[i])) {// found one; copy remaining and exit//將待刪除元素o的后續所有元素拷貝到新數組中【拷貝o后面所有元素】for (int k = i + 1; k < len; ++k)newElements[k-1] = elements[k];setArray(newElements);return true;} else//當前不是要找的目標元素o，順便將元素拷貝到新數組中【多次循環累計的這個操作相當于拷貝目標元素之前位置的所有元素】//【由此說明，即使不存在目標元素，依然要做拷貝現有數組的操作】newElements[i] = elements[i];}// special handling for last cell//【末位元素單獨處理】//如果末位元素是目標元素。此時，該拷貝的元素都已拷貝到新數組中，直接setArray(newElements)if (eq(o, elements[newlen])) {setArray(newElements);return true;}//如果末位元素仍然不是目標元素，說明不存在目標元素。//因為沒有setArray(newElements),所以原數組依舊是原數組。 }//現有元素數組為空，直接返回falsereturn false;} finally {lock.unlock();}}

迭代器

public Iterator<E> iterator() {return new COWIterator<E>(getArray(), 0);}private static class COWIterator<E> implements ListIterator<E> {//快照數組private final Object[] snapshot;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++];}@SuppressWarnings("unchecked")public E previous() {if (! hasPrevious())throw new NoSuchElementException();// return (E) snapshot[--cursor];}public int nextIndex() {return cursor;}public int previousIndex() {return cursor-1;}/*** 迭代器不支持remove/set/add方法。*/public void remove() {throw new UnsupportedOperationException();}public void set(E e) {throw new UnsupportedOperationException();}public void add(E e) {throw new UnsupportedOperationException();}}

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總結

1.CopyOnWriteArrayList的工作原理？

CopyOnWriteArrayList在做修改操作時，每次都是重新創建一個新的數組，在新數組上操作，最終再將新數組替換掉原數組。因此，在做修改操作時，仍可以做讀取操作，讀取直接操作的原數組。讀和寫操作的目標都不同，因此讀操作和寫操作互不干擾，只有寫與寫之間需要進行同步等待。另外，原數組被聲明為volatile，這就保證了，一旦數組發生變化，則結果對其它線程(讀線程和其它寫線程)是可見的。

2.CopyOnWriteArrayList適合的應用場景？

正是由于每次修改都會創建新數組，內存中都要同時存有原數組和新數組，同時也要將元素拷貝到新數組中，內存開銷大，所以CopyOnWriteArrayList只適合于讀多寫少的場景。

比如某些系統級別的信息，往往只是需要加載或者修改很少的次數，但是會被系統內所有模塊頻繁的訪問，對于這種場景，我們最希望看到的就是讀操作盡可能地快，而寫即使慢一些也沒太大關系。

3.CopyOnWriteArrayList能否像ArrayList一樣支持fail-fast？

CopyOnWriteArrayList并不支持fail-fast機制，請參考CopyOnWriteArrayList不支持fail-fast機制。所以它的好處之一是當多個迭代器同時遍歷和修改這個列表時，不會拋出ConcurrentModificationException,因此也不必編寫特殊的代碼去防范這種異常。

4.CopyOnWriteArrayList的擴容?

CopyOnWriteArrayList并不像ArrayList一樣指定默認的初始容量。它也沒有自動擴容的機制，而是添加幾個元素，長度就相應的增長多少。

①因為CopyOnWriteArrayList適用于讀多寫少，既然是寫的情況少，則不需要頻繁擴容。

②修改操作每次在生成新的數組時就指定了新的容量，也就相當于擴容了，所以不需要額外的機制來實現擴容。

轉載于:https://www.cnblogs.com/rouqinglangzi/p/10115658.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的CopyOnWriteArrayList源码分析的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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