小白速学Java系列：Java基础之CopyOnWriteArr
前言
今天我们来学习一下CopyOnWriteArrayList这个比ArrayList更安全的集合，同时带着以下几个问题去分析源码。
CopyOnWriteArrayList如何保证线程安全？
CopyOnWriteArrayList有什么优缺点吗？
CopyOnWriteArrayList与ArrayList有什么区别吗？
了解CopyOnWriteArraySet吗？
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继承关系
publicclassCopyOnWriteArrayListimplementsList,RandomAccess,Cloneable,java.io.Serializable{//......}复制代码
首先我们来看一下CopyOnWriteArrayList的继承关系，从源码中可以看出它分别实现了List、RandomAccess、Cloneable以及Serializable，对于我们比较熟悉的应该是List和Serializable了。
核心字段
//可以看出这是重入锁finaltransientReentrantLock lock =newReentrantLock();//底层数组，可以看出用了volatileprivatetransientvolatileObject[] array; 复制代码
通过以上两个核心字段，可以猜出CopyOnWriteArrayList内部进行了加锁来保证线程安全。那么它到底是如何实现的呢？我们继续往下分析。
构造方法
/**
* 默认构造方法，初始化了一个空数组
*/publicCopyOnWriteArrayList(){ setArray(newObject[0]); }复制代码
再来简单看一下其他两个构造方法，如下：
publicCopyOnWriteArrayList(Collectionc) {Object[] elements;if(c.getClass() ==CopyOnWriteArrayList.class) elements = ((CopyOnWriteArrayList)c).getArray();else{ 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); }publicCopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn) { setArray(Arrays.copyOf(toCopyIn, toCopyIn.length,Object[].class)); }复制代码
修改
publicEset(intindex, E element){//进行加锁final ReentrantLocklock=this.lock;lock.lock();try{//获取旧数组Object[] elements = getArray();//获取旧数据E oldValue =get(elements, index);//如果旧数据与插入的新数据不同if(oldValue != element) {intlen = elements.length;//创建了一个新数组Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len); newElements[index] = element;//设置array为newElementssetArray(newElements); }else{// Not quite a no-op; ensures volatile write semanticssetArray(elements); }returnoldValue; }finally{//解锁lock.unlock(); } }复制代码
可以看出在写入数据时通过加锁来保证线程安全，并且通过复制一个新数组。然后修改新数组中index对应的Value值，最后将新数组赋值给CopyOnWriteArrayList的底层数组array，也可以说是将array数组指向新数组，如下图：
对于CopyOnWriteArrayList的set()方法，我们可以这样理解。
获取旧数组
通过复制旧数组创建新数组
在新数组中进行修改
array指向新数组
添加
publicbooleanadd(E e){ final ReentrantLocklock=this.lock;lock.lock();try{ Object[] elements = getArray();intlen = elements.length; Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len +1); newElements[len] = e; setArray(newElements);returntrue; }finally{lock.unlock(); } }复制代码
可以看出与set()方法类似，也是通过加锁的方式来保证线程安全。然后创建一个新数组来添加元素，最后将新数组赋值给array。
获取
publicEget(int index) {returnget(getArray(), index); }@SuppressWarnings("unchecked")privateEget(Object[] a, int index) {return(E) a[index]; }复制代码
从get()方法源码中可以看出 ，在从CopyOnWriteArrayList获取元素时并没有进行加锁。那么我们就要思考一个问题了，如果当写入数据时，在没有写完数据的情况下。再去读取数据，那么我们能准确的获得数据吗？而且重点是在get()方法中，是直接对底层数组array进行操作的。那就意味着在我们读取数据时，有可能获得的是旧数据。也就是说CopyOnWriteArrayList并不能保证数据的实时性，主要原因可以从以下几点来思考。
在get()方法并没有进行加锁
读取的是底层数组array的数据
删除
publicEremove(intindex){//加锁final ReentrantLocklock=this.lock;lock.lock();try{ Object[] elements = getArray();intlen = elements.length; E oldValue =get(elements, index);intnumMoved = len - index -1;if(numMoved ==0) setArray(Arrays.copyOf(elements, len -1));else{ Object[] newElements =newObject[len -1]; System.arraycopy(elements,0, newElements,0, index); System.arraycopy(elements, index +1, newElements, index, numMoved); setArray(newElements); }returnoldValue; }finally{//解锁lock.unlock(); } }复制代码
可以看出remove()方法也是一样的，通过加锁来保证线程安全。
其他方法
/**
* 获取底层数组
*/final Object[] getArray() {returnarray; }/**
* 设置底层数组
*/finalvoidsetArray(Object[] a){array= a; }/**
* 获取数组大小
*/publicintsize(){returngetArray().length; }/**
* 判断数组是否为空
*/publicbooleanisEmpty(){returnsize() ==0; }复制代码
优点与缺点
通过查看源码，我们可以看出CopyOnWriteArrayList最大的优点就是线程安全，也是最突出的优点。它在读取操作时没有加锁，只有当进行写入操作时才会加锁。这也体现出了CopyOnWriteArrayList的一个缺点，那就是无法读取实时数据。因为可能当写操作还没有完成时，就进行了读取操作，那么读取的将是旧数据。
CopyOnWriteArraySet
接下来我们来简单了解一下CopyOnWriteArrayList的表兄弟CopyOnWriteArraySet，主要源码如下。
privatefinalCopyOnWriteArrayList al;publicCopyOnWriteArraySet(){ al =newCopyOnWriteArrayList(); }复制代码
通过构造方法就可以看出初始化了一个CopyOnWriteArrayList，也就是说CopyOnWriteArraySet内部是用CopyOnWriteArrayList来实现的，我们再来看一下其他几个方法。
publicbooleanadd(E e){returnal.addIfAbsent(e); }publicbooleanremove(Object o){returnal.remove(o); }复制代码
可以看出add()和remove()都是通过CopyOnWriteArrayList来实现。
总结
通过分析源码，我们了解了CopyOnWriteArrayList的内部实现，以及它是如何保证线程安全的，还了解一下CopyOnWriteArraySet。
