背景

CopyOnWriteArrayList容器是Collections.synchronizedList(List list)的替代方案。

CopyOnWriteArrayList在某些情况下具有更好的性能（读操作远多于写操作时）。在传统的使用 synchronized 关键字以保证互斥操作的实现中（比如 Vector），通常会把读操作进行加锁，因而任一时刻只能有一个读线程能够获得锁，所以其他的读线程都必须等待，大大影响性能。

CopyOnWriteArrayList称为“写时复制”容器，就是在多线程对容器对象进行读写操作时，执行写操作的线程在写的同时，还会把容器复制一份（并对复制后的容器实例进行写修改操作），最终就可以做到写操作进行的同时，不阻塞其他线程的读操作。

从JDK1.5开始Java并发包里提供了两个使用CopyOnWrite机制实现的并发容器，它们是CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet。

CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList实现

先说说CopyOnWriteArrayList容器的实现原理。

简单地说，就是在需要对容器进行操作的时候，将容器拷贝一份，对容器的修改操作都在容器的拷贝副本中进行。当修改操作结束，再用容器的拷贝副本替换掉原来的容器。

这样设计的好处是实现了读写分离，并且读读时不会发生阻塞。

下面的源码是CopyOnWriteArrayList的add方法实现：

public void add(int index, E element) {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            Object[] elements = getArray();
            int len = elements.length;
            if (index > len || index < 0)
                throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+
                                                    ", Size: "+len);
            Object[] newElements;
            int numMoved = len - index;
            //1、复制出一个新的数组
            if (numMoved == 0)
                newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
            else {
                newElements = new Object[len + 1];
                System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
                System.arraycopy(elements, index, newElements, index + 1,
                                 numMoved);
            }
            //2、把新元素添加到新数组中
            newElements[index] = element;
            //3、把数组指向原来的数组
            setArray(newElements);
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

上面的三个步骤实现了写时复制的思想，在读数据的时候不会锁住list，因为写操作是在原来容器的拷贝上进行的。而且，可以看到，如果对容器拷贝修改的过程中又有新的读线程进来，那么读到的还是旧的数据。读的代码如下：

public E get(int index) {
        return get(getArray(), index);
    }

final Object[] getArray() {
       return array;
   }

适用场景

CopyOnWriteArrayList 允许在写操作的同时进行读操作，因而大大提高了读操作的性能，因此很适合读多写少的应用场景，比如白名单，黑名单，商品类目的访问和更新场景，而不适合内存敏感以及对实时性要求很高的场景。

CopyOnWriteArrayList容器允许并发读，读操作是无锁的，性能较高。至于写操作，比如向容器中添加一个元素，则首先将当前容器复制一份，然后在新副本上执行写操作，结束之后再将原容器的引用指向新容器。

优缺点分析

了解了CopyOnWriteArrayList的实现原理，分析它的优缺点及使用场景就很容易了。

优点：

读操作性能很高，因为无需任何同步措施，比较适用于读多写少的并发场景。Java的list在遍历时，若中途有别的线程对list容器进行修改，则会抛出ConcurrentModificationException异常。而CopyOnWriteArrayList由于其"读写分离"的思想，遍历和修改操作分别作用在不同的list容器，所以在使用迭代器进行遍历时候，也就不会抛出ConcurrentModificationException异常了

缺点：

缺点也很明显：

一是内存占用问题，毕竟每次执行写操作都要将原容器拷贝一份，数据量大时，对内存压力较大，可能会引起频繁GC；
二是无法保证数据不一致，Vector对于读写操作均加锁同步，可以保证读和写的强一致性。而CopyOnWriteArrayList由于其实现策略的原因，写和读分别作用在新老不同容器上，在写操作执行过程中，读虽然不会阻塞，但读取到的却是老容器的数据（或者说是旧数据）。

CopyOnWriteArraySet

原理：基于CopyOnWriteArrayList实现，其唯一的不同是在add时调用的是CopyOnWriteArrayList的addIfAbsent方法，其遍历当前Object数组，如Object数组中已有了当前元素，则直接返回，如果没有则放入Object数组的尾部，并返回。

Reference

CopyOnWriteArrayList实现原理及源码分析 - https://www.cnblogs.com/chengxiao/p/6881974.html

【Java】集合类 - List - CopyOnWriteArrayList

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