关于CopyOnWriteArrayList的技术理解

前言

项目源代码中使用了CopyOnWriteArrayList类，出于好奇就研究它，看它里面有那些优点，作者设计基于什么考虑，能带来那些好处。

原注释如下

/**
 * A thread-safe variant of {@link java.util.ArrayList} in which all mutative
 * operations ({@code add}, {@code set}, and so on) are implemented by
 * making a fresh copy of the underlying array.
 *
 * <p>This is ordinarily too costly, but may be <em>more</em> efficient
 * than alternatives when traversal operations vastly outnumber
 * mutations, and is useful when you cannot or don't want to
 * synchronize traversals, yet need to preclude interference among
 * concurrent threads.  The "snapshot" style iterator method uses a
 * reference to the state of the array at the point that the iterator
 * was created. This array never changes during the lifetime of the
 * iterator, so interference is impossible and the iterator is
 * guaranteed not to throw {@code ConcurrentModificationException}.
 * The iterator will not reflect additions, removals, or changes to
 * the list since the iterator was created.  Element-changing
 * operations on iterators themselves ({@code remove}, {@code set}, and
 * {@code add}) are not supported. These methods throw
 * {@code UnsupportedOperationException}.
 *
 * <p>All elements are permitted, including {@code null}.
 *
 * <p>Memory consistency effects: As with other concurrent
 * collections, actions in a thread prior to placing an object into a
 * {@code CopyOnWriteArrayList}
 * <a href="package-summary.html#MemoryVisibility" target="_blank" rel="external nofollow" ><i>happen-before</i></a>
 * actions subsequent to the access or removal of that element from
 * the {@code CopyOnWriteArrayList} in another thread.
 *
 * @since 1.5
 * @author Doug Lea
 * @param <E> the type of elements held in this list
 */
           

本人google翻译了其中大部分术语，简单翻译了原文，原文大致是这样的：

CopyOnWriteArrayList是线程安全的ArrayList的变种，它里面是通过底层数组的拷贝来实现更改操作。

通常情况下这种实现是昂贵耗时的，但是当遍历操作变化大时，它比一般方案更高效并且当你不能或不愿去同步遍历数组时，同时必须避免并发线程间干扰时更有用。

“快照”形式迭代器方法使用迭代器创建数组状态引用，数组在迭代器生命周期内永远不会被改变，因此，相互干扰是不会发生的，并且迭代器保证了不抛出并发修改异常，从迭代器创建时，它就不会响应List 的添加、移除和更改。迭代器的更改操作将不支持，调用删除、修改、添加等方法会报不支持操作异常。

内存一致性影响：对比其他并发集合，现场保存对象到CopyOnWriteArrayList中的动作发生在其他线程存储、删除元素操作的前面。

分析

类的源码在这里，因为CopyOnWriteArrayList类是普通ArrayList 的一个变异版本，所以与ArrayList的实现大致相同，本类实现List接口。下面2个变量是实现本列表的关键变量。lock用来同步，elements存储数据，类型是最基础父类 Object，可以添加各种类型的对象，而方法中要适配不同的对象，所以使用了泛型（方法参数带T & E)。

• 关键字volatile的用意是当变量有修改时，所有线程拥有此变量将无效，必须重新获取此变量。
• 关键字transient，修饰的对象将不被序列化(因为本类集成了Serializable接口);
• 迭代器，内部类COWIterator实现了ListIterator接口，迭代器只能访问数组中的元素，不能增加、删除、修改元素(数组中元素的相对位置)。
• 如果对列表进行修改、删除、添加，则这些方法要进行同步检查，全局锁对象lock.
• 子类表类–COWSubList。如果修改子列表的数组，那么要达到同步效果，方法是获取父列表的lock对象，并对方法进行同步。

final transient Object lock = new Object();
    private transient volatile Object[] elements;
           

总结

• 线程安全，表示类中的所有方法对数组进行修改，都要进行同步，防止多线程并发修改。
• 此类有个特别的地方，对数组的修改，都是通过拷贝数组来完成，而不是说在原数组中进行元素移位。另外有个常识—java数组移动比拷贝要慢，因为拷贝是底层实现。
• 序列化。对数组elements不进行序列化，但是要对数组里面的元素进行序列化。

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