CopyOnWriteArrayList

Copy-On-Write
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。

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
一、先看属性

public class CopyOnWriteArrayList<E>    implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {    /** The lock protecting all mutators */    final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();    /** The array, accessed only via getArray/setArray. */    private transient volatile Object[] array;    /**     * Gets the array.  Non-private so as to also be accessible     * from CopyOnWriteArraySet class.     */    final Object[] getArray() {        return array;    }    /**     * Sets the array.     */    final void setArray(Object[] a) {        array = a;    }    /**     * Creates an empty list.     */    public CopyOnWriteArrayList() {        setArray(new Object[0]);    }

注意：
（1）构造函数中，生成的Object数组个数为0。
（2）定义了一个全局的ReentrantLock锁 lock。

二、add操作：

public boolean add(E e) {        //写操作时，加上锁        final ReentrantLock lock = this.lock;        lock.lock();        try {            Object[] elements = getArray();            int len = elements.length;            //新建新的数组，长度+1            Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);            newElements[len] = e;            setArray(newElements);            return true;        } finally {            lock.unlock();        }    }

注意：
（1）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。
（2）每次添加元素时，都需要进行拷贝生成副本，在副本上进行操作，再将原数组的引用指向它。

三、读操作

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

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

注意：
（1）读操作时并没有加锁。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。
（2）读操作不能保证实时性，只是修改线程参加之前的某个状态最新的值。

四、总结：
1、CopyOnWriteArrayList：读的时候不用加锁，写的时候需要加锁，而且是在copy副本的基础上进行修改。不会出现并发修改异常。
2、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，搜索网站的禁用搜索字等。
3、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。
3、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。