深入学习java并发编程：CopyOnWriteArrayList<E>实现

1、CopyOnWriteArrayList涉及类图

　    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。    

         CopyOnWriteArrayList是一个线程安全、并且在读操作式无锁的ArrayList容器，当我们往其中添加元素的时候，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。

2、CopyOnWriteArrayList的构造实现以及重要方法 

    transient final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    private volatile transient Object[] array;

    以上两个是CopyOnWriteArrayList类中两个重要的数据成员， Object[] array是存放列表对象的数组，可以看到使用ReentrantLock来控制并发的对arrayList进行修改。

 1） 构造器

       CopyOnWriteArrayList提供了3个构造器 

//默认的无参数构造器，可以看到这里与ArrayList不同，arrayList创建大小为10的数组，而CopyOnWriteArrayList创建一个大小为0的数组。

 public CopyOnWriteArrayList() {

        setArray(new Object[0]);

    }

//根据提供的Collection ，来创建CopyOnWriteArrayList

 public CopyOnWriteArrayList(Collection<? extends E> c) {

        Object[] elements = c.toArray();

        // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)

        if (elements.getClass() != Object[].class)

            elements = Arrays.copyOf(elements, elements.length, Object[].class);

        setArray(elements);

    }

//根据已有的泛型数组，创建CopyOnWriteArrayList

 public CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn) {

        setArray(Arrays.copyOf(toCopyIn, toCopyIn.length, Object[].class));

    }

2）add(E e): boolean  添加元素的方法

//add方法并没有使用synchronized关键字，而是使用了ReentrantLock 来保证线程安全的，不同于ArrayList，这里每次都会创建一个新的Object数组（写时复制），,此数组大小为当前数组大小加1，将之前数组内容复制到新数组中，并将新元素添加到数组末尾，最后将引用赋值给全局数组对象。通过volatile语义保证可见性。

 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）remove(Object o): boolean 移除元素方法

//与add方法一样，此方法也是通过ReentrantLock 锁来保证线程安全，但他和ArrayList所采用的方法不同，首先创建一个比当前数组小1的Object数组，然后移除目标元素，复制其他元素，最后将引用赋值给全局数组对象。

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();

        }

    }

4）get(int index): E 

//此方法非常简单，直接获取当前数组对应位置的元素，并没有加锁保护，读取的是当时的一个镜像，因此可能出现脏读现象，但是相对而言，读的性能会比较高。

 public E get(int index) {

        return get(getArray(), index);

    }

5）addIfAbsent(E e): boolean 如果不存在，则添加元素方法

public boolean addIfAbsent(E e) {

        final ReentrantLock lock = this.lock;

        lock.lock();

        try {

            // Copy while checking if already present.

            // This wins in the most common case where it is not present

            Object[] elements = getArray();

            int len = elements.length;

            Object[] newElements = new Object[len + 1];

            for (int i = 0; i < len; ++i) {

                if (eq(e, elements[i]))

                    return false; // exit, throwing away copy

                else

                    newElements[i] = elements[i];

            }

            newElements[len] = e;

            setArray(newElements);

            return true;

        } finally {

            lock.unlock();

        }

    }

6）iterator(): Iterator<E>  获取遍历列表的迭代器方法

// 调用iterator方法后创建一个COWIterator对象实例，保存一个当前数组的快照，在调用next方法遍历时则仅对此快照数据进行遍历，因此遍历

CopyOnWriteArrayList时不会抛出ConcurrentModificationException。

 public Iterator<E> iterator() {

        return new COWIterator<E>(getArray(), 0);

    }