java 集合框架-CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList是java.util.concurrent併發包下的集合類，與集合功能與ArrayList相似，主要區別爲這是線程安全類

如類名一樣，在對底層數組寫(修改)時，會複製一份數組進行實際操作，操作完成後修改引用爲新數組；而在讀的時候是直接讀取數組

接下來我們來看具體的源碼：

    /** The lock protecting all mutators */
    transient final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    /** The array, accessed only via getArray/setArray. */
    private volatile transient Object[] array;

lock 所有的讀操作，都會使用這個可重入鎖保證線程安全，
array 就是實例當前的底層數組，保存着list的數據

transient是Java語言的關鍵字，用來表示一個域不是該對象串行化的一部分。當一個對象被串行化的時候，transient型變量的值不包括在串行化的表示中

    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();
        }
    }

    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();
        }
    }

基本每個寫操作都類似add方法這樣：先獲取鎖，然後複製數組，操作完成後，修改數組引用

讀操作方法基本都基本與ArrayList相似，直接讀取：

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

    /**
     * {@inheritDoc}
     *
     * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
     */
    public E get(int index) {
        return get(getArray(), index);
    }

CopyOnWriteArrayList 讀操作很快，不用獲取鎖，但是可能獲取到的數據可能就是舊的(過期的)，即存在延遲，特別是使用迭代器訪問
每次獲取迭代器時，迭代器實例得到一份當前的複製數組，後續實際數據改變了，已經獲取的迭代器不會感知

iterator 與 listIterator 都是返回一個COWIterator實例：

    public Iterator<E> iterator() {
        return new COWIterator<E>(getArray(), 0);
    }

    public ListIterator<E> listIterator() {
        return new COWIterator<E>(getArray(), 0);
    }

    private static class COWIterator<E> implements ListIterator<E> {
        /** Snapshot of the array */
        private final Object[] snapshot;
        /** Index of element to be returned by subsequent call to next.  */
        private int cursor;

        private COWIterator(Object[] elements, int initialCursor) {
            cursor = initialCursor;
            snapshot = elements; //創建迭代器實例後，底層數組的修改不會感知
        }

        public boolean hasNext() {
            return cursor < snapshot.length;
        }

        public boolean hasPrevious() {
            return cursor > 0;
        }

        @SuppressWarnings("unchecked")
        public E next() {
            if (! hasNext())
                throw new NoSuchElementException();
            return (E) snapshot[cursor++];
        }

        @SuppressWarnings("unchecked")
        public E previous() {
            if (! hasPrevious())
                throw new NoSuchElementException();
            return (E) snapshot[--cursor];
        }

        public int nextIndex() {
            return cursor;
        }

        public int previousIndex() {
            return cursor-1;
        }

        public void remove() {
            throw new UnsupportedOperationException();
        }

        public void set(E e) {
            throw new UnsupportedOperationException();
        }

        public void add(E e) {
            throw new UnsupportedOperationException();
        }
    }

從CopyOnWriteArrayList 的設計來看，這個線程安全集合類通過在寫時複製操作，達到了讀和寫的分離，
由於每次寫都需要複製一份，內存使用也多，複製也會耗時；
所以CopyOnWriteArrayList適合在讀操作較多的併發場景下使用，
在常用的add方法，提供了批量的addAll方法，使用批量的方法可以減少每次添加的複製；