【死磕 Java 集合】--- CopyOnWriteArrayList 源码分析-技术圈

简介

CopyOnWriteArrayList是ArrayList的线程安全版本，内部也是通过数组实现，每次对数组的修改都完全拷贝一份新的数组来修改，修改完了再替换掉老数组，这样保证了只阻塞写操作，不阻塞读操作，实现读写分离。

继承体系

CopyOnWriteArrayList实现了List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable等接口。

CopyOnWriteArrayList实现了List，提供了基础的添加、删除、遍历等操作。

CopyOnWriteArrayList实现了RandomAccess，提供了随机访问的能力。

CopyOnWriteArrayList实现了Cloneable，可以被克隆。

CopyOnWriteArrayList实现了Serializable，可以被序列化。

源码解析

属性

（1）lock

用于修改时加锁，使用transient修饰表示不自动序列化。

（2）array

真正存储元素的地方，使用transient修饰表示不自动序列化，使用volatile修饰表示一个线程对这个字段的修改另外一个线程立即可见。

问题：为啥没有size字段？且听后续分解。

CopyOnWriteArrayList()构造方法

创建空数组。

CopyOnWriteArrayList(Collection c)构造方法

如果c是CopyOnWriteArrayList类型，直接把它的数组赋值给当前list的数组，注意这里是浅拷贝，两个集合共用同一个数组。

如果c不是CopyOnWriteArrayList类型，则进行拷贝把c的元素全部拷贝到当前list的数组中。

CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn)构造方法

把toCopyIn的元素拷贝给当前list的数组。

add(E e)方法

添加一个元素到末尾。

（1）加锁；

（2）获取元素数组；

（3）新建一个数组，大小为原数组长度加1，并把原数组元素拷贝到新数组；

（4）把新添加的元素放到新数组的末尾；

（5）把新数组赋值给当前对象的array属性，覆盖原数组；

（6）解锁；

add(int index, E element)方法

添加一个元素在指定索引处。

（1）加锁；

（2）检查索引是否合法，如果不合法抛出IndexOutOfBoundsException异常，注意这里index等于len也是合法的；

（3）如果索引等于数组长度（也就是数组最后一位再加1），那就拷贝一个len+1的数组；

（4）如果索引不等于数组长度，那就新建一个len+1的数组，并按索引位置分成两部分，索引之前（不包含）的部分拷贝到新数组索引之前（不包含）的部分，索引之后（包含）的位置拷贝到新数组索引之后（不包含）的位置，索引所在位置留空；

（5）把索引位置赋值为待添加的元素；

（6）把新数组赋值给当前对象的array属性，覆盖原数组；

（7）解锁；

addIfAbsent(E e)方法

添加一个元素如果这个元素不存在于集合中。

（1）检查这个元素是否存在于数组快照中；

（2）如果存在直接返回false，如果不存在调用addIfAbsent(E e, Object[] snapshot)处理;

（3）加锁；

（4）如果当前数组不等于传入的快照，说明有修改，检查待添加的元素是否存在于当前数组中，如果存在直接返回false;

（5）拷贝一个新数组，长度等于原数组长度加1，并把原数组元素拷贝到新数组中；

（6）把新元素添加到数组最后一位；

（7）把新数组赋值给当前对象的array属性，覆盖原数组；

（8）解锁；

get(int index)

获取指定索引的元素，支持随机访问，时间复杂度为O(1)。

（1）获取元素数组；

（2）返回数组指定索引位置的元素；

remove(int index)方法

删除指定索引位置的元素。

（1）加锁；

（2）获取指定索引位置元素的旧值；

（3）如果移除的是最后一位元素，则把原数组的前len-1个元素拷贝到新数组中，并把新数组赋值给当前对象的数组属性；

（4）如果移除的不是最后一位元素，则新建一个len-1长度的数组，并把原数组除了指定索引位置的元素全部拷贝到新数组中，并把新数组赋值给当前对象的数组属性；

（5）解锁并返回旧值；

size()方法

返回数组的长度。

public int size() {
    // 获取元素个数不需要加锁
    // 直接返回数组的长度
    return getArray().length;
}

总结

（1）CopyOnWriteArrayList使用ReentrantLock重入锁加锁，保证线程安全；

（2）CopyOnWriteArrayList的写操作都要先拷贝一份新数组，在新数组中做修改，修改完了再用新数组替换老数组，所以空间复杂度是O(n)，性能比较低下；

（3）CopyOnWriteArrayList的读操作支持随机访问，时间复杂度为O(1)；

（4）CopyOnWriteArrayList采用读写分离的思想，读操作不加锁，写操作加锁，且写操作占用较大内存空间，所以适用于读多写少的场合；

（5）CopyOnWriteArrayList只保证最终一致性，不保证实时一致性；

彩蛋

为什么CopyOnWriteArrayList没有size属性？

因为每次修改都是拷贝一份正好可以存储目标个数元素的数组，所以不需要size属性了，数组的长度就是集合的大小，而不像ArrayList数组的长度实际是要大于集合的大小的。

比如，add(E e)操作，先拷贝一份n+1个元素的数组，再把新元素放到新数组的最后一位，这时新数组的长度为len+1了，也就是集合的size了。