CopyOnWriteArrayList 并发集合源码分析

在CopyOnWriteArrayList里处理写操作（包括add、remove、set等）是先将原始的数据通过JDK1.6的Arrays.copyof()来生成一份新的数组

然后在新的数据对象上进行写，写完后再将原来的引用指向到当前这个数据对象，这样保证了每次写都是在新的对象上（因为要保证写的一致性，这里要对各种写操作要加一把锁，JDK1.6在这里用了重入锁），

然后读的时候就是在引用的当前对象上进行读（包括get，iterator等），不存在加锁和阻塞，针对iterator使用了一个叫 COWIterator的阉割版迭代器，因为不支持写操作，当获取CopyOnWriteArrayList的迭代器时，是将迭代器里的数据引用指向当前 引用指向的数据对象，无论未来发生什么写操作，都不会再更改迭代器里的数据对象引用，所以迭代器也很安全。

CopyOnWriteArrayList中写操作需要大面积复制数组，所以性能肯定很差，但是读操作因为操作的对象和写操作不是同一个对象，读之 间也不需要加锁，读和写之间的同步处理只是在写完后通过一个简单的“=”将引用指向新的数组对象上来，这个几乎不需要时间，这样读操作就很快很安全，适合 在多线程里使用，绝对不会发生ConcurrentModificationException ，所以最后得出结论：CopyOnWriteArrayList适合使用在读操作远远大于写操作的场景里，比如缓存。

Copy-On-Write简称COW，是一种用于程序设计中的优化策略。其基本思路是，从一开始大家都在共享同一个内容，当某个人想要修改这个内容的时候，才会真正把内容Copy出去形成一个新的内容然后再改，这是一种延时懒惰策略。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。CopyOnWrite容器非常有用，可以在非常多的并发场景中使用到。

除了加锁外，其实还有一种方式可以防止并发修改异常，这就是将读写分离技术（不是数据库上的）。

1、Java中“=”操作只是将引用和某个对象关联，假如同时有一个线程将引用指向另外一个对象，一个线程获取这个引用指向的对象，那么他们之间不会发生ConcurrentModificationException，他们是在虚拟机层面阻塞的，而且速度非常快，几乎不需要CPU时间。

2、JAVA中两个不同的引用指向同一个对象，当第一个引用指向另外一个对象时，第二个引用还将保持原来的对象。

什么是CopyOnWrite容器

　　CopyOnWrite容器即写时复制的容器。通俗的理解是当我们往一个容器添加元素的时候，不直接往当前容器添加，而是先将当前容器进行Copy，复制出一个新的容器，然后新的容器里添加元素，添加完元素之后，再将原容器的引用指向新的容器。这样做的好处是我们可以对CopyOnWrite容器进行并发的读，而不需要加锁，因为当前容器不会添加任何元素。所以CopyOnWrite容器也是一种读写分离的思想，读和写不同的容器。

CopyOnWriteArrayList的实现原理

　　在使用CopyOnWriteArrayList之前，我们先阅读其源码了解下它是如何实现的。以下代码是向CopyOnWriteArrayList中add方法的实现（向CopyOnWriteArrayList里添加元素），可以发现在添加的时候是需要加锁的，否则多线程写的时候会Copy出N个副本出来。

/**
     * Appends the specified element to the end of this list.
     *
     * @param e element to be appended to this list
     * @return true (as specified by {@link Collection#add})
     */
    publicboolean add(E e) {
    finalReentrantLock lock = 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();
    }
    }

 　　读的时候不需要加锁，如果读的时候有多个线程正在向CopyOnWriteArrayList添加数据，读还是会读到旧的数据，因为写的时候不会锁住旧的CopyOnWriteArrayList。

publicE get(int index) {
    returnget(getArray(), index);
}

 　　JDK中并没有提供CopyOnWriteMap，我们可以参考CopyOnWriteArrayList来实现一个，基本代码如下：

importjava.util.Collection;
importjava.util.Map;
importjava.util.Set;

publicclass CopyOnWriteMapimplements Map, Cloneable {
    privatevolatile Map internalMap;

    publicCopyOnWriteMap() {
        internalMap =new HashMap();
    }

    publicV put(K key, V value) {

        synchronized(this) {
            Map newMap =new HashMap(internalMap);
            V val = newMap.put(key, value);
            internalMap = newMap;
            returnval;
        }
    }

    publicV get(Object key) {
        returninternalMap.get(key);
    }

    publicvoid putAll(Mapextends K, ? extendsV> newData) {
        synchronized(this) {
            Map newMap =new HashMap(internalMap);
            newMap.putAll(newData);
            internalMap = newMap;
        }
    }
}

 　　实现很简单，只要了解了CopyOnWrite机制，我们可以实现各种CopyOnWrite容器，并且在不同的应用场景中使用。

CopyOnWrite的应用场景

　　CopyOnWrite并发容器用于读多写少的并发场景。比如白名单，黑名单，商品类目的访问和更新场景，假如我们有一个搜索网站，用户在这个网站的搜索框中，输入关键字搜索内容，但是某些关键字不允许被搜索。这些不能被搜索的关键字会被放在一个黑名单当中，黑名单每天晚上更新一次。当用户搜索时，会检查当前关键字在不在黑名单当中，如果在，则提示不能搜索。实现代码如下：

packagecom.ifeve.book;

importjava.util.Map;

importcom.ifeve.book.forkjoin.CopyOnWriteMap;

/**
 * 黑名单服务
 *
 * @author fangtengfei
 *
 */
publicclass BlackListServiceImpl {

    privatestatic CopyOnWriteMap blackListMap =new CopyOnWriteMap(
            1000);

    publicstatic booleanisBlackList(String id) {
        returnblackListMap.get(id) == null? false : true;
    }

    publicstatic void addBlackList(String id) {
        blackListMap.put(id, Boolean.TRUE);
    }

    /**
     * 批量添加黑名单
     *
     * @param ids
     */
    publicstatic void addBlackList(Map ids) {
        blackListMap.putAll(ids);
    }

}

 　　代码很简单，但是使用CopyOnWriteMap需要注意两件事情：

　　1. 减少扩容开销。根据实际需要，初始化CopyOnWriteMap的大小，避免写时CopyOnWriteMap扩容的开销。

　　2. 使用批量添加。因为每次添加，容器每次都会进行复制，所以减少添加次数，可以减少容器的复制次数。如使用上面代码里的addBlackList方法。

CopyOnWrite的缺点

　　CopyOnWrite容器有很多优点，但是同时也存在两个问题，即内存占用问题和数据一致性问题。所以在开发的时候需要注意一下。

　　内存占用问题。因为CopyOnWrite的写时复制机制，所以在进行写操作的时候，内存里会同时驻扎两个对象的内存，旧的对象和新写入的对象（注意:在复制的时候只是复制容器里的引用，只是在写的时候会创建新对象添加到新容器里，而旧容器的对象还在使用，所以有两份对象内存）。如果这些对象占用的内存比较大，比如说200M左右，那么再写入100M数据进去，内存就会占用300M，那么这个时候很有可能造成频繁的Yong GC和Full GC。之前我们系统中使用了一个服务由于每晚使用CopyOnWrite机制更新大对象，造成了每晚15秒的Full GC，应用响应时间也随之变长。

　　针对内存占用问题，可以通过压缩容器中的元素的方法来减少大对象的内存消耗，比如，如果元素全是10进制的数字，可以考虑把它压缩成36进制或64进制。或者不使用CopyOnWrite容器，而使用其他的并发容器，如ConcurrentHashMap。

　　数据一致性问题。CopyOnWrite容器只能保证数据的最终一致性，不能保证数据的实时一致性。所以如果你希望写入的的数据，马上能读到，请不要使用CopyOnWrite容器。