1 概述

JDK1.5的j.u.c库中提供了Copy-On-Write机制，简称为COW。其实现的基本思想是，开始的时候只有一份内容，当某个线程想要修改这个内容的时候，会将其拷贝出去形成一份新的内容，在这份新的内容上进行修改，这是一种延时懒惰策略。用该机制形成的有两个并发容器，即CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet。其中，后者是基于前者实现的，当进行数据的添加和删除时是在数组上进行遍历的，这和HashSet的哈希表实现以及TreeSet的二叉树实现是不同的，所以其效率是比较低效的，只是实现了元素的唯一性。

这里主要讨论一下CopyOnWriteArrayList的实现原理。

2 CopyOnWriteArrayList性能测试

为了测试CopyOnWriteArrayList的性能，这里将普通的ArrayList与其一起进行测试。测试的过程是，同时开启10个写线程和10个读线程对同一个list进行操作，具体的测试代码如下：

import java.util.ArrayList; import java.util.List; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; /** * Created by fubinhe on 16/12/1. */ public class CopyOnWriteArrayListDemo { public static final int NUM = 10; public static void main(String[] args) { List<String> list = new ArrayList<>(); for (int i = 0; i < NUM; ++i) { list.add("main_" + i); } list.get(0); ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool(); for (int i = 0; i < NUM; ++i) { exec.execute(new WriteTask(list, i)); exec.execute(new ReadTask(list)); } exec.shutdown(); } } class WriteTask implements Runnable { private List<String> list; private int removeIndex; public WriteTask(List<String> list, int removeIndex) { this.list = list; this.removeIndex = removeIndex; } @Override public void run() { list.remove(removeIndex); list.add("write_" + removeIndex); } } class ReadTask implements Runnable { private List<String> list; public ReadTask(List<String> list) { this.list = list; } @Override public void run() { for (String s : list) { System.out.println(s); } } } 运行上述代码，程序将抛出ConcurrentModificationException异常。这是因为，在读线程试图读取下一个元素的时候，该元素恰好被写线程删除了，迭代器失效。如果将第16行代码替换成下面的代码，则可以顺利的执行并发的读写。

List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();

3 源代码分析

CopyOnWriteArrayList之所以能进行并发的读写，是因为采用了读写分离的思想，读和写是在不用的容器中进行的。下面分析一些其核心方法的源代码。

3.1 add方法

add方法的源代码如下，读起来也比较好懂。在开始写之前加锁，然后将原有的数组复制出来，在新数组的结尾加上一个新元素后，将新数组的引用赋给原有的数组引用，最后释放持有的锁。

public boolean add(E e) { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock(); try { Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1); newElements[len] = e; setArray(newElements); return true; } finally { lock.unlock(); } }

3.2 remove方法

和普通ArrayList类似，remove方法有两种形式，即删除某个索引的值和删除某个对象，这里讨论一下第一种形式，其源代码如下：

public E remove(int index) { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock(); try { Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; E oldValue = get(elements, index); int numMoved = len - index - 1; 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 { lock.unlock(); } }

和add方法类似，其实现方式也比较简单，以某个索引为界分两次将原数组的值拷贝到新数组中。

3.3 get方法

CopyOnWriteArrayList在执行读操作时不进行加锁，所以其实现更简单，直接返回数组中某个索引的值。由于没有加锁，所以如果在读的同时有写线程对数组进行操作，那么有可能读到的值并不是最新的。

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

4 总结

COW机制使用读写分离的思想提高并发性能，使得多个读写操作能同时进行。但是很明显，其也有两个缺点，即：

（1）由于读操作没有加锁，所以如果在读的过程中也有写操作在进行，那么无法保证实时的一致性，只能做到最终的一致性。

（2）占用内存多。因为在对数组进行修改时，需要将原有的数组拷贝到新的数组中，那么内存中会多维护一份数组。如果修改的操作频繁，会造成比正常更多的FULL GC。