CopyOnWrite
- CopyOnWrite是什么？
- CopyOnWriteArrayList源码分享？
- CopyOnWriteArrayList使用场景？
- CopyOnWriteArrayList有什么优缺点？
如果你是求职者，你想想看怎么回答上面的问题？
缘由
前段时间面试好多个人，问是否用过CopyOnWriteList,发现好多人都没有用过，感觉挺惊讶的。
CopyOnWrite看字面意思大概就可以明白了,copy集合之后再进行write操作，我们也称这个为写时复制容器。
这个从 JDK 1.5版本就已经有了，Java并发包中有两个实现这个机制的容器，分别是CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet。
CopyOnWrite这个容器非常有用，特别是在并发的时候能够提升效率，很多并发的的场景中都可以用到CopyOnWrite的容器，我们在生产环境也用到过，今天托尼就和大家顺便讲讲这个容器。
CopyOnWrite是什么
官方解释
CopyOnWriteArrayList 是ArrayList的线程安全方式的一种方式。它的add、set方法底层实现都是重新复制一个新的容器来操作的。
CopyOnWriteArrayList 与ArrayList不同之处在于添加元素的时候会加上锁。
CopyOnWriteArrayList在修改容器元素的时候并不是直接在原来的数组上进行修改，它是先拷贝一份，然后在拷贝的数组上进行修改，在修改完成之后将引用赋给原来的数组。
CopyOnWriteArrayList源码分享
public class CopyOnWriteArrayList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {}
- 实现了List接口，List的一种实现方式
- 实现RandomAccess接口，看名称就知道随机访问，和数组访问一样根据下标
- 实现Cloneable接口，代表可以克隆
- 实现了Serializable接口接口，代表可以被序列化
当容器被初始化添加元素成功之后，多个线程读取容器中的元素，如果此刻没有元素的添加，并发多个线程读取出来的数据大家都是一样的，可以理解为线程安全的 。
如果此刻有个线程往容器中添加一个新的元素，这个时候CopyOnWriteArrayList就会拷贝一个新的数组出来，将新的元素添加到新的数组中。
在添加元素的这段时间里，如果多线程访问容器中的元素，将会读取到旧的数据，等添加元素成功之后会将新的引用地址赋值给旧的list引用地址。
代码分享：
- add 方法
public boolean add(E e) {
//加锁操作
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
//获取原数组
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
// 复制一个新数组
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
// 将新的元素添加到新数组里面
newElements[len] = e;
// 将原数组的引用指向新数组
setArray(newElements);
return true;
} finally {
lock.unlock();
}
}
大家要注意上面的代码中ReentrantLock，在添加新元素的时候有加锁操作，多线程的情况下防止产生脏数据。
- get方法
public E get(int index) {
return get(getArray(), index);
}
读的时候不会加锁，写的时候会加上锁，这个时候如果多线程正好写数据，读取的时候还是会读取到旧的数据。
- set方法
public E set(int index, E element) {
//加锁
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
//获取原来数组
Object[] elements = getArray();
// 通过索引获取原来的地址
E oldValue = get(elements, index);
// 判断新旧两个值是否相等
if (oldValue != element) {
int len = elements.length;
// 拷贝新的数组
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len);
//根据索引修改元素
newElements[index] = element;
// 将原数组的引用指向新数组
setArray(newElements);
} else {
// Not quite a no-op; ensures volatile write semantics
//为了确保 voliatile 的语义，所以尽管写操作没有改变数据，还是调用set方法
setArray(elements);
}
return oldValue;
} finally {
lock.unlock();
}
}
- remove方法
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();
}
}
同样也很简单，都是使用 System.arraycopy、Arrays.copyOf移动元素进行元素的删除操作。
- CopyOnWriteArrayList迭代
针对iterator使用了一个叫COWIterator的迭代器，专门针对CopyOnWrite的迭代器，因为不支持写操作，如上面add、set、remove都会抛出异常，都是不支持的。
/**
* Not supported. Always throws UnsupportedOperationException.
* @throws UnsupportedOperationException always; {@code remove}
* is not supported by this iterator.
*/
public void remove() {
throw new UnsupportedOperationException();
}
/**
* Not supported. Always throws UnsupportedOperationException.
* @throws UnsupportedOperationException always; {@code set}
* is not supported by this iterator.
*/
public void set(E e) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
/**
* Not supported. Always throws UnsupportedOperationException.
* @throws UnsupportedOperationException always; {@code add}
* is not supported by this iterator.
*/
public void add(E e) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
举个例子
CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>();
list.add("a");
list.add("b");
list.add("c");
Iterator<String> iterator = list.iterator();
while(iterator.hasNext()) {
String next = iterator.next();
// 这句会报错的⚠️
iterator.remove();
}
Exception in thread "main" java.lang.UnsupportedOperationException
at java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList$COWIterator.remove(CopyOnWriteArrayList.java:1178)
也正好验证了迭代的时候UnsupportedOperationException异常。
CopyOnWriteArrayList使用场景
从上面的代码我们可以看出来了，适用于多读少写的场景，比如电商的商品列表，添加新商品和读取商品就可以用，其他场景小伙伴们可以想想看。
CopyOnWriteArrayList有什么优缺点
缺点：
1、内存占用，因为写时复制的原理，所以在添加新元素的时候会复制一份，此刻内存中就会有两份对象，比如这个时候有200M，你在复制一份400M，那么此刻会产生频繁的JVM的Yong GC和Full GC，
严重的会进行STW
Java中Stop-The-World机制简称STW,是在执行垃圾收集算法时,Java应用程序的其他所有线程都被挂起(除了垃圾收集帮助器之外)。
2、数据一致性问题，因为CopyOnWrite容器只能保证最终的数据一致性，并不能保证数据的实时性，也就是不具备原子性的效果。
3、数据修改，随着数组的元素越来越多，修改的时候拷贝数组将会越来越耗时。
优点：
1、多读少写，很多时候我们的系统应对的都是读多写少的并发场景，读操作是无锁操作所以性能较高。
最后说说
- Vector
- ArrayList
- CopyOnWriteArrayList
这三个集合类都继承List接口
1、ArrayList是线程不安全的
2、Vector是比较古老的线程安全的，但性能不行
3、CopyOnWriteArrayList在兼顾了线程安全的同时，又提高了并发性，性能比Vector要高
