Java 并发集合CopyOnWriteArrayList

1、Java在JDK1.5之前基本上对所有集合都实现了线程同步版本synchronized*，用集合工具类Collections即可得到，如下都为Collections中的方法：

static <T> Collection<T>  synchronizedCollection(Collection<T> c)           返回指定 collection 支持的同步（线程安全的）collection。 static <T> List<T>  synchronizedList(List<T> list)           返回指定列表支持的同步（线程安全的）列表。 static <K,V> Map<K,V>  synchronizedMap(Map<K,V> m)           返回由指定映射支持的同步（线程安全的）映射。 static <T> Set<T>  synchronizedSet(Set<T> s)           返回指定 set 支持的同步（线程安全的）set。 static <K,V> SortedMap<K,V>  synchronizedSortedMap(SortedMap<K,V> m)           返回指定有序映射支持的同步（线程安全的）有序映射。 static <T> SortedSet<T>  synchronizedSortedSet(SortedSet<T> s)           返回指定有序 set 支持的同步（线程安全的）有序 set。 

其内部实现是在内部维护一个对应的集合类型，然后相应所有的操作都加上同步关键字synchronized，同步方法内再调用内部集合的方法，如下为synchronizedMap的实现：

private static class SynchronizedMap<K,V>implements Map<K,V>, Serializable {        private final Map<K,V> m;     // Backing Map        final Object      mutex;SynchronizedMap(Map<K,V> m) {            if (m==null)                throw new NullPointerException();            this.m = m;            mutex = this;        }public V get(Object key) {    synchronized(mutex) {return m.get(key);}        }public V put(K key, V value) {    synchronized(mutex) {return m.put(key, value);}        }        ......}

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?2、传统方式下的Collection在迭代集合时，不允许对集合进行修改，如下代码会抛出ConcurrentModificationException异常：

Collection<String> users = new ArrayList<String>();users.add("first");users.add("second");users.add("third");Iterator<String> itrUsers = users.iterator();while (itrUsers.hasNext()) {String user = itrUsers.next();if ("first".equals(user)) {users.remove(user);}System.out.println(user);}

?在调用next()方法时，由于删除了元素导致期望长度和实现长度不一至而抛出异常：

public E next() {            checkForComodification();    try {E next = get(cursor);lastRet = cursor++;return next;    } catch (IndexOutOfBoundsException e) {checkForComodification();throw new NoSuchElementException();    }}final void checkForComodification() {    if (modCount != expectedModCount)throw new ConcurrentModificationException();}    }

?把上面ArrayList换成CopyOnWriteArrayList即可完成在迭代中对集合进行操作，并且在多线程中也是安全的：

Collection<String> users = new CopyOnWriteArrayList<String>();

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?3、CopyOnWriteArrayList是在Java JDK1.5中引入的并发类，在java.util.concurrent包下，它是ArrayList 的一个线程安全的变体，并且是在读时无锁的ArrayList：

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

?此方法很简单没有加锁，有可能会出现脏读的情况，但是性能非常高，对于写少读多且对脏数据要求不严的场景可以使用。

构造方法：

    public CopyOnWriteArrayList() {        setArray(new Object[0]);    }

?与ArrayList不同，CopyOnWriteArrayList创建一个大小为0的数组。

add(E)方法：add方法并没有使用内置锁，而是使用JDK1.5提供的显示锁ReentrantLock来保证线程的安全的：

    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();}    }

?此处和ArrayList不同的是每次都创建一个新的Object数组，此数据的大小为当前数据大小加1，将之前的数组中的内容复制到新的数组中，并将新增加的对象放入到数组的末尾，最后把新数组的引用赋值给全局的数组对象：

    final void setArray(Object[] a) {        array = a;    }

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?remove(Object)方法：和add方法一样，删除元素方法也采用JDK1.5的加锁方式来保证线程安全，但它和ArrayList采用的删除方法不同，它是创建一个长度比当前数组小1的新数组，然后遍历老数组，其它元素全部加到新数组，最后把新数组的引用赋值给全局的数组对象，它并没有使用System的arrayCopy来实现，可能会导致性能一定的下降。

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iterator()迭代：调用iterator方法后创建一个新的COWIterator实例，并保存了一个当前数组的快照，在调用next遍历时仅对快照进行遍历，所以在迭代CopyOnWriteArrayList中操作其中元素不会像ArrayList一样抛出ConcurrentModificationException异常：

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

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?4、和ArrayList性能比较

单线程：在元素较少的情况下，两个类的性能基本上一至，但是到元素很多时，CopyOnWriteArrayList增加元素的删除元素性能会差一点

多线程：随着元素数量和线程数量的增加，CopyOnWriteArrayList在增加和删除元素的性能就会下降，而且比ArrayList性能低。但在查找元素时随着元素数量和线程数量的增加性能比ArrayList好。

在读多写少的并发场景中，CopyOnWriteArrayList比ArrayList是更好的选择。

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