概述 Copy-On-Write简称COW，是一种用于程序设计中的优化策略。其基本思路是，从一开始大家都在共享同一个内容，当某个人想要修改这个内容的时候，才会真正把内容Copy出去形成一个新的内容然后再改，这是一种延时懒惰策略。从JDK1.5开始Java并发包里提供了两个使用CopyOnWrite机制实现的并发容器,它们是CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet。CopyOnWrite容器非常有用，可以在非常多的并发场景中使用到。
CopyOnWriteArrayList简介 CopyOnWrite容器即写时复制的容器。通俗的理解是当我们往一个容器添加元素的时候，不直接往当前容器添加，而是先将当前容器进行Copy，复制出一个新的容器，然后新的容器里添加元素，添加完元素之后，再将原容器的引用指向新的容器。这样做的好处是我们可以对CopyOnWrite容器进行并发的读，而不需要加锁，因为当前容器不会添加任何元素。所以CopyOnWrite容器也是一种读写分离的思想，读和写不同的容器。
类图如下
从类图可以看出，CopyOnWriteArrayList是List的一种，从名字其实也可以猜到，他是线程安全的ArrrayList，底层的实现也是数组，这个后面会详细介绍。
2.源码分析 这里我们主要分析add，remove，get和迭代器
首先讲一下下面要用到一些属性：
1 2 3 4 5 6 final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock ();private transient volatile Object[] array;
add 操作 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 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(); } } final Object[] getArray() { return array; }
从上面可以看出，添加操作就是先将数组内容拷贝到一个新数组中，然后再添加。
**add(int index, E element)**操作也差不多，只不过要比上面的操作多一个次拷贝，具体源码如下
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 public void add (int index, E element) { final ReentrantLock lock = this .lock; lock.lock(); try { Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; if (index > len || index < 0 ) throw new IndexOutOfBoundsException ("Index: " +index+ ", Size: " +len); Object[] newElements; int numMoved = len - index; if (numMoved == 0 ) newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1 ); else { newElements = new Object [len + 1 ]; System.arraycopy(elements, 0 , newElements, 0 , index); System.arraycopy(elements, index, newElements, index + 1 , numMoved); } newElements[index] = element; setArray(newElements); } finally { lock.unlock(); } }
remove删除操作 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 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(); } }
删除操作，和上面在指定位置添加元素差不过，都是先拷贝索引前后元素到新数组，然后将新数组的引用赋值给array属性。
get操作 读的时候不需要加锁，如果读的时候有多个线程正在向ArrayList添加数据，读还是会读到旧的数据，因为写的时候不会锁住旧的ArrayList。
1 2 3 4 public E get (int index) { return get(getArray(), index); }
迭代器 Iterator并发操作不会抛出并发修改异常，因为他和get一样，操作的都是从getArray函数中获取的数组引用，因此当有线程修改了数组内容，不会影响这个就得数组的访问。
ListIterator大致原理和Iterator一样，不过移除了来个操作，remove和set，因为修改的操作有可能体现在旧的数组上，因此修改不会被保存，所以这俩个操作就直接不支持。
3. 简单使用 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 package JUC.collect;import java.util.ArrayList;import java.util.Iterator;import java.util.List;import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;import java.util.concurrent.CountDownLatch;public class CopyOnWriteArrayListTest { private static List<String> list = new CopyOnWriteArrayList <>(); private static CountDownLatch latch = new CountDownLatch (2 ); public static void main (String[] args) { new MyThread ("ta" ).start(); new MyThread ("tb" ).start(); } private static void printAll () { String value = null ; Iterator iter = list.iterator(); while (iter.hasNext()) { value = (String) iter.next(); System.out.print(value + ", " ); } System.out.println(); } private static class MyThread extends Thread { MyThread(String name) { super (name); } @Override public void run () { latch.countDown(); try { latch.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } int i = 0 ; while (i++ < 6 ) { String val = Thread.currentThread().getName() + "-" + i; list.add(val); printAll(); } } } }
你可以分别运行以下扇面的代码，调整list的为COW类和ArrayList类，COW不会出错，ArrayList会抛出并发修改异常。
5. 使用注意事项 CopyOnWrite的应用场景 CopyOnWrite并发容器用于读多写少的并发场景。比如白名单，黑名单，商品类目的访问和更新场景，假如我们有一个搜索网站，用户在这个网站的搜索框中，输入关键字搜索内容，但是某些关键字不允许被搜索。这些不能被搜索的关键字会被放在一个黑名单当中，黑名单每天晚上更新一次。当用户搜索时，会检查当前关键字在不在黑名单当中，如果在，则提示不能搜索。
代码很简单，但是使用CopyOnWriteList需要注意两件事情：
最好顺序添加不要随机添加。
使用批量添加。因为每次添加，容器每次都会进行复制，所以减少添加次数，可以减少容器的复制次数。如使用上面代码里的addAll方法。
CopyOnWrite的缺点 CopyOnWrite容器有很多优点，但是同时也存在两个问题，即内存占用问题和数据一致性问题。所以在开发的时候需要注意一下。
内存占用问题 。因为CopyOnWrite的写时复制机制，所以在进行写操作的时候，内存里会同时驻扎两个对象的内存，旧的对象和新写入的对象（注意:在复制的时候只是复制容器里的引用，只是在写的时候会创建新对象添加到新容器里，而旧容器的对象还在使用，所以有两份对象内存）。如果这些对象占用的内存比较大，比如说200M左右，那么再写入100M数据进去，内存就会占用300M，那么这个时候很有可能造成频繁的Yong GC和Full GC。之前我们系统中使用了一个服务由于每晚使用CopyOnWrite机制更新大对象，造成了每晚15秒的Full GC，应用响应时间也随之变长。
针对内存占用问题，可以通过压缩容器中的元素的方法来减少大对象的内存消耗，比如，如果元素全是10进制的数字，可以考虑把它压缩成36进制或64进制。或者不使用CopyOnWrite容器，而使用其他的并发容器，如ConcurrentHashMap 。
数据一致性问题 。CopyOnWrite容器只能保证数据的最终一致性，不能保证数据的实时一致性。所以如果你希望写入的的数据，马上能读到，请不要使用CopyOnWrite容器。
6. CopyOnWriteArraySet分析 它是线程安全的无序的集合，可以将它理解成线程安全的HashSet。有意思的是，CopyOnWriteArraySet和HashSet虽然都继承于共同的父类AbstractSet；但是，HashSet是通过“散列表(HashMap)”实现的，而CopyOnWriteArraySet则是通过“动态数组(CopyOnWriteArrayList)”实现的，并不是散列表。
它最适合于具有以下特征的应用程序：Set 大小通常保持很小，只读操作远多于可变操作，需要在遍历期间防止线程间的冲突。
它是线程安全的。
因为通常需要复制整个基础数组，所以可变操作（add()、set() 和 remove() 等等）的开销很大。
迭代器支持hasNext(), next()等不可变操作，但不支持可变 remove()等 操作。
使用迭代器进行遍历的速度很快，并且不会与其他线程发生冲突。在构造迭代器时，迭代器依赖于不变的数组快照。
方法都是借助于CopyOnWriteArrayList一样，对外封装了一下，事实上内部都是调用的CopyOnWriteArrayList方法。主要的实现是内部有一个CopyOnWriteArrayList类型的属性，只不过添加的时候需要先检查是否有相同的元素在进行添加。具体源码如下
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 private final CopyOnWriteArrayList<E> al; public boolean add (E e) { return al.addIfAbsent(e); } public boolean addIfAbsent (E e) { Object[] snapshot = getArray(); return indexOf(e, snapshot, 0 , snapshot.length) >= 0 ? false : addIfAbsent(e, snapshot); } private boolean addIfAbsent (E e, Object[] snapshot) { final ReentrantLock lock = this .lock; lock.lock(); try { Object[] current = getArray(); int len = current.length; if (snapshot != current) { int common = Math.min(snapshot.length, len); for (int i = 0 ; i < common; i++) if (current[i] != snapshot[i] && eq(e, current[i])) return false ; if (indexOf(e, current, common, len) >= 0 ) return false ; } Object[] newElements = Arrays.copyOf(current, len + 1 ); newElements[len] = e; setArray(newElements); return true ; } finally { lock.unlock(); } }
参考
聊聊并发-Java中的Copy-On-Write容器
