簡介
CopyOnWriteArrayList是ArrayList的線程安全版本，內部也是通過數組實現，每次對數組的修改都完全拷貝一份新的數組來修改，修改完了再替換掉老數組，這樣保證了只阻塞寫操作，不阻塞讀操作，實現讀寫分離。
繼承體系
CopyOnWriteArrayList實現了List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable等接口。
CopyOnWriteArrayList實現了List，提供了基礎的添加、刪除、遍歷等操作。
CopyOnWriteArrayList實現了RandomAccess，提供了隨機訪問的能力。
CopyOnWriteArrayList實現了Cloneable，可以被克隆。
CopyOnWriteArrayList實現了Serializable，可以被序列化。
源碼解析
屬性
/** 用於修改時加鎖 */
final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
/** 真正存儲元素的地方，只能通過getArray()/setArray()訪問 */
private transient volatile Object[] array;
（1）lock
用於修改時加鎖，使用transient修飾表示不自動序列化。
（2）array
真正存儲元素的地方，使用transient修飾表示不自動序列化，使用volatile修飾表示一個線程對這個字段的修改另外一個線程立即可見。
問題：爲啥沒有size字段？且聽後續分解。
CopyOnWriteArrayList()構造方法
創建空數組。
public CopyOnWriteArrayList() {
// 所有對array的操作都是通過setArray()和getArray()進行
setArray(new Object[0]);
}
final void setArray(Object[] a) {
array = a;
}
CopyOnWriteArrayList 構造方法
如果c是CopyOnWriteArrayList類型，直接把它的數組賦值給當前list的數組，注意這裏是淺拷貝，兩個集合共用同一個數組。
如果c不是CopyOnWriteArrayList類型，則進行拷貝把c的元素全部拷貝到當前list的數組中。
public CopyOnWriteArrayList(Collection<? extends E> c) {
Object[] elements;
if (c.getClass() == CopyOnWriteArrayList.class)
// 如果c也是CopyOnWriteArrayList類型
// 那麼直接把它的數組拿過來使用
elements = ((CopyOnWriteArrayList<?>)c).getArray();
else {
// 否則調用其toArray()方法將集合元素轉化爲數組
elements = c.toArray();
// 這裏c.toArray()返回的不一定是Object[]類型
// 詳細原因見ArrayList裏面的分析
if (elements.getClass() != Object[].class)
elements = Arrays.copyOf(elements, elements.length, Object[].class);
}
setArray(elements);
}
CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn)構造方法
把toCopyIn的元素拷貝給當前list的數組。
public CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn) {
setArray(Arrays.copyOf(toCopyIn, toCopyIn.length, Object[].class));
}
add(E e)方法
添加一個元素到末尾。
public boolean add(E e) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
// 加鎖
lock.lock();
try {
// 獲取舊數組
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
// 將舊數組元素拷貝到新數組中
// 新數組大小是舊數組大小加1
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
// 將元素放在最後一位
newElements[len] = e;
setArray(newElements);
return true;
} finally {
// 釋放鎖
lock.unlock();
}
}
（1）加鎖；
（2）獲取元素數組；
（3）新建一個數組，大小爲原數組長度加1，並把原數組元素拷貝到新數組；
（4）把新添加的元素放到新數組的末尾；
（5）把新數組賦值給當前對象的array屬性，覆蓋原數組；
（6）解鎖；
add(int index, E element)方法
添加一個元素在指定索引處。
public void add(int index, E element) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
// 加鎖
lock.lock();
try {
// 獲取舊數組
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
// 檢查是否越界, 可以等於len
if (index > len || index < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+
", Size: "+len);
Object[] newElements;
int numMoved = len - index;
if (numMoved == 0)
// 如果插入的位置是最後一位
// 那麼拷貝一個n+1的數組, 其前n個元素與舊數組一致
newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
else {
// 如果插入的位置不是最後一位
// 那麼新建一個n+1的數組
newElements = new Object[len + 1];
// 拷貝舊數組前index的元素到新數組中
System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
// 將index及其之後的元素往後挪一位拷貝到新數組中
// 這樣正好index位置是空出來的
System.arraycopy(elements, index, newElements, index + 1,
numMoved);
}
// 將元素放置在index處
newElements[index] = element;
setArray(newElements);
} finally {
// 釋放鎖
lock.unlock();
}
}
（1）加鎖；
（2）檢查索引是否合法，如果不合法拋出IndexOutOfBoundsException異常，注意這裏index等於len也是合法的；
（3）如果索引等於數組長度（也就是數組最後一位再加1），那就拷貝一個len+1的數組；
（4）如果索引不等於數組長度，那就新建一個len+1的數組，並按索引位置分成兩部分，索引之前（不包含）的部分拷貝到新數組索引之前（不包含）的部分，索引之後（包含）的位置拷貝到新數組索引之後（不包含）的位置，索引所在位置留空；
（5）把索引位置賦值爲待添加的元素；
（6）把新數組賦值給當前對象的array屬性，覆蓋原數組；
（7）解鎖；
addIfAbsent(E e)方法
添加一個元素如果這個元素不存在於集合中。
public boolean addIfAbsent(E e) {
// 獲取元素數組, 取名爲快照
Object[] snapshot = getArray();
// 檢查如果元素不存在,直接返回false
// 如果存在再調用addIfAbsent()方法添加元素
return indexOf(e, snapshot, 0, snapshot.length) >= 0 ? false :
addIfAbsent(e, snapshot);
}
private boolean addIfAbsent(E e, Object[] snapshot) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
// 加鎖
lock.lock();
try {
// 重新獲取舊數組
Object[] current = getArray();
int len = current.length;
// 如果快照與剛獲取的數組不一致
// 說明有修改
if (snapshot != current) {
// 重新檢查元素是否在剛獲取的數組裏
int common = Math.min(snapshot.length, len);
for (int i = 0; i < common; i++)
// 到這個方法裏面了, 說明元素不在快照裏面
if (current[i] != snapshot[i] && eq(e, current[i]))
return false;
if (indexOf(e, current, common, len) >= 0)
return false;
}
// 拷貝一份n+1的數組
Object[] newElements = Arrays.copyOf(current, len + 1);
// 將元素放在最後一位
newElements[len] = e;
setArray(newElements);
return true;
} finally {
// 釋放鎖
lock.unlock();
}
}
（1）檢查這個元素是否存在於數組快照中；
（2）如果存在直接返回false，如果不存在調用addIfAbsent(E e, Object[] snapshot)處理;
（3）加鎖；
（4）如果當前數組不等於傳入的快照，說明有修改，檢查待添加的元素是否存在於當前數組中，如果存在直接返回false;
（5）拷貝一個新數組，長度等於原數組長度加1，並把原數組元素拷貝到新數組中；
（6）把新元素添加到數組最後一位；
（7）把新數組賦值給當前對象的array屬性，覆蓋原數組；
（8）解鎖；
get(int index)
獲取指定索引的元素，支持隨機訪問，時間複雜度爲O(1)。
public E get(int index) {
// 獲取元素不需要加鎖
// 直接返回index位置的元素
// 這裏是沒有做越界檢查的, 因爲數組本身會做越界檢查
return get(getArray(), index);
}
final Object[] getArray() {
return array;
}
private E get(Object[] a, int index) {
return (E) a[index];
}
（1）獲取元素數組；
（2）返回數組指定索引位置的元素；
remove(int index)方法
刪除指定索引位置的元素。
public E remove(int index) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
// 加鎖
lock.lock();
try {
// 獲取舊數組
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
E oldValue = get(elements, index);
int numMoved = len - index - 1;
if (numMoved == 0)
// 如果移除的是最後一位
// 那麼直接拷貝一份n-1的新數組, 最後一位就自動刪除了
setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
else {
// 如果移除的不是最後一位
// 那麼新建一個n-1的新數組
Object[] newElements = new Object[len - 1];
// 將前index的元素拷貝到新數組中
System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
// 將index後面(不包含)的元素往前挪一位
// 這樣正好把index位置覆蓋掉了, 相當於刪除了
System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index,
numMoved);
setArray(newElements);
}
return oldValue;
} finally {
// 釋放鎖
lock.unlock();
}
}
（1）加鎖；
（2）獲取指定索引位置元素的舊值；
（3）如果移除的是最後一位元素，則把原數組的前len-1個元素拷貝到新數組中，並把新數組賦值給當前對象的數組屬性；
（4）如果移除的不是最後一位元素，則新建一個len-1長度的數組，並把原數組除了指定索引位置的元素全部拷貝到新數組中，並把新數組賦值給當前對象的數組屬性；
（5）解鎖並返回舊值；
size()方法
返回數組的長度。
public int size() {
// 獲取元素個數不需要加鎖
// 直接返回數組的長度
return getArray().length;
}
總結
（1）CopyOnWriteArrayList使用ReentrantLock重入鎖加鎖，保證線程安全；
（2）CopyOnWriteArrayList的寫操作都要先拷貝一份新數組，在新數組中做修改，修改完了再用新數組替換老數組，所以空間複雜度是O(n)，性能比較低下；
（3）CopyOnWriteArrayList的讀操作支持隨機訪問，時間複雜度爲O(1)；
（4）CopyOnWriteArrayList採用讀寫分離的思想，讀操作不加鎖，寫操作加鎖，且寫操作佔用較大內存空間，所以適用於讀多寫少的場合；
（5）CopyOnWriteArrayList只保證最終一致性，不保證實時一致性；
彩蛋
爲什麼CopyOnWriteArrayList沒有size屬性？
因爲每次修改都是拷貝一份正好可以存儲目標個數元素的數組，所以不需要size屬性了，數組的長度就是集合的大小，而不像ArrayList數組的長度實際是要大於集合的大小的。
比如，add(E e)操作，先拷貝一份n+1個元素的數組，再把新元素放到新數組的最後一位，這時新數組的長度爲len+1了，也就是集合的size了。