CopyOnWriteArrayList详解

CopyOnWriteArrayList实现了List接口，List接口定义了对列表的基本操作；
同时实现了RandomAccess接口，表示可以随机访问(数组具有随机访问的特性；
同时实现了Cloneable接口，表示可克隆；
同时也实现了Serializable接口，表示可被序列化;
CopyOnWriteArrayList是ArrayList的线程安全版本,在有写操作的时候会copy一份数据，然后写完再设置成新的数据。

适用场景:
读多写少的并发场景
缺陷:
由于对数据操作的时候,需要拷贝数组相对应的对内存的消耗就很明显了,如果原数组数据较多的情况下就很容易触发gc操作;
不适用于实时读的场景;
与CopyOnWriteArraySet的区别:
CopyOnWriteArraySet是线程安全版本的Set实现，它的内部通过一个CopyOnWriteArrayList来代理读写等操作，使得CopyOnWriteArraySet表现出了和CopyOnWriteArrayList一致的并发行为，他们的区别在于数据结构模型的不同，set不允许多个相同的元素插入容器中

类属性

//可重入锁
final transient ReentrantLock lock = new ReectrantLock();
//对象数组,用于存放元素
private transient volatile Object[] array;
//反射机制
private static final sun.misc.Unsafe UNSAFE;
//lock域的内存偏移量
private static final long lockOffset;

CopyOnWriteArrayList使用了ReentrantLock来支持并发操作,array存放数据的数组对象.

add方法:

public boolean add(E e) {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock(); //上锁，只允许一个线程进入
        try {
            Object[] elements = getArray(); // 获得当前数组对象
            int len = elements.length;
            Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);//拷贝到一个新的数组中
            newElements[len] = e;//插入数据元素
            setArray(newElements);//将新的数组对象设置回去
            return true;
        } finally {
            lock.unlock();//释放锁
        }
    }

addIfAbsent方法:

private boolean addIfAbsent(E e, Object[] snapshot) {
    // 重入锁
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    // 获取锁
    lock.lock();
    try {
        // 获取数组
        Object[] current = getArray();
        // 数组长度
        int len = current.length;
        if (snapshot != current) { // 快照不等于当前数组，对数组进行了修改
            // Optimize for lost race to another addXXX operation
            // 取较小者
            int common = Math.min(snapshot.length, len);
            for (int i = 0; i < common; i++) // 遍历
                if (current[i] != snapshot[i] && eq(e, current[i])) // 当前数组的元素与快照的元素不相等并且e与当前元素相等
                    // 表示在snapshot与current之间修改了数组，并且设置了数组某一元素为e，已经存在
                    // 返回
                    return false;
            if (indexOf(e, current, common, len) >= 0) // 在当前数组中找到e元素
                    // 返回
                    return false;
        }
        // 复制数组
        Object[] newElements = Arrays.copyOf(current, len + 1);
        // 对数组len索引的元素赋值为e
        newElements[len] = e;
        // 设置数组
        setArray(newElements);
        return true;
    } finally {
        // 释放锁
        lock.unlock();
    }
}

这里单独讲一下CopyOnWriteArrayList的addAllAbsent(Collection c)方法:

public int addAllAbsent(Collection<? extends E> c) {
        Object[] cs = c.toArray();
        if (cs.length == 0)
            return 0;
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();	//加锁
        try {
            Object[] elements = getArray();
            int len = elements.length;
            int added = 0;
            // uniquify and compact elements in cs
            //这里进行参数数组对比,并且将差集元素换位至数组最前面
            for (int i = 0; i < cs.length; ++i) {
                Object e = cs[i];
                if (indexOf(e, elements, 0, len) < 0 &&
                    indexOf(e, cs, 0, added) < 0)
                    cs[added++] = e;
            }
            if (added > 0) {
                Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + added);
                System.arraycopy(cs, 0, newElements, len, added);
                setArray(newElements);
            }
            return added;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

其余的操作元素的函数:set,remove等都是基于复制数组来实现的这里就不一一展示了.
因为读是允许多个线程进入的,get方法比较简单这里就不分析了;
接下来说一下CopyOnWriteArrayList提高的迭代器.COWIterator类

static final class COWIterator<E> implements ListIterator<E> {
    /** Snapshot of the array */
    // 快照
    private final Object[] snapshot;
    /** Index of element to be returned by subsequent call to next.  */
    // 游标
    private int cursor;
    // 构造函数
    private COWIterator(Object[] elements, int initialCursor) {
        cursor = initialCursor;
        snapshot = elements;
    }
    // 是否还有下一项
    public boolean hasNext() {
        return cursor < snapshot.length;
    }
    // 是否有上一项
    public boolean hasPrevious() {
        return cursor > 0;
    }
    // next项
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public E next() {
        if (! hasNext()) // 不存在下一项，抛出异常
            throw new NoSuchElementException();
        // 返回下一项
        return (E) snapshot[cursor++];
    }

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public E previous() {
        if (! hasPrevious())
            throw new NoSuchElementException();
        return (E) snapshot[--cursor];
    }
    
    // 下一项索引
    public int nextIndex() {
        return cursor;
    }
    
    // 上一项索引
    public int previousIndex() {
        return cursor-1;
    }

    /**
        * Not supported. Always throws UnsupportedOperationException.
        * @throws UnsupportedOperationException always; {@code remove}
        *         is not supported by this iterator.
        */
    // 不支持remove操作
    public void remove() {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

    /**
        * Not supported. Always throws UnsupportedOperationException.
        * @throws UnsupportedOperationException always; {@code set}
        *         is not supported by this iterator.
        */
    // 不支持set操作
    public void set(E e) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

    /**
        * Not supported. Always throws UnsupportedOperationException.
        * @throws UnsupportedOperationException always; {@code add}
        *         is not supported by this iterator.
        */
    // 不支持add操作
    public void add(E e) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

    @Override
    public void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) {
        Objects.requireNonNull(action);
        Object[] elements = snapshot;
        final int size = elements.length;
        for (int i = cursor; i < size; i++) {
            @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) elements[i];
            action.accept(e);
        }
        cursor = size;
    }
}