java CopyOnWriteArrayList的原理

     通常情况下我们的高并发都发生在“多读少写”的情况，因此如果能够实现一种更优秀的算法这对生产环境还是很有好处的。ReadWriteLock当然是一种实现。CopyOnWriteArrayList/CopyOnWriteArraySet确实另外一种思路。

CopyOnWriteArrayList/CopyOnWriteArraySet 的基本思想是一旦对容器有修改，那么就“复制”一份新的集合，在新的集合上修改，然后将新集合复制给旧的引用。当然了这部分少不了要加锁。显然对于 CopyOnWriteArrayList/CopyOnWriteArraySet来说最大的好处就是“读”操作不需要锁了。

我们来看看源码。

/** The array, accessed only via getArray/setArray. */
private   volatile   transient Object[] array;
public E get( int index) {
    return (E)(getArray()[index]);
}
private   static   int indexOf(Object o, Object[] elements,
                           int index, int fence) {
    if (o ==   null ) {
        for ( int i = index; i < fence; i ++ )
            if (elements[i] ==   null )
                return i;
    } else {
        for ( int i = index; i < fence; i ++ )
            if (o.equals(elements[i]))
                return i;
    }
    return   - 1 ;
}
public Iterator < E > iterator() {
    return   new COWIterator < E > (getArray(), 0 );
}
    public   void clear() {
    final ReentrantLock lock =   this .lock;
    lock.lock();
    try {
        setArray( new Object[ 0 ]);
    } finally {
        lock.unlock();
    }
    }

对于上述代码，有几点说明：

1. List仍然是基于数组的实现，因为只有数组是最快的。
2. 为了保证无锁的读操作能够看到写操作的变化，因此数组array是volatile类型的。
3. get/indexOf/iterator等操作都是无锁的，同时也可以看到所操作的都是某一时刻array的镜像（这得益于数组是不可变化的）
4. add/set/remove/clear等元素变化的都是需要加锁的，这里使用的是ReentrantLock。

这里有一段有意思的代码片段。

    public E set( int index, E element) {
    final ReentrantLock lock =   this .lock;
    lock.lock();
    try {
        Object[] elements = getArray();
        Object oldValue = elements[index];
        if (oldValue != element) {
        int len = elements.length;
        Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len);
        newElements[index] = element;
        setArray(newElements);
        } else {
        // Not quite a no-op; ensures volatile write semantics
        setArray(elements);
        }
        return (E)oldValue;
    } finally {
        lock.unlock();
    }
    }

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

对于set操作，如果元素有变化，修改后setArray(newElements);将新数组赋值还好理解。那么如果一个元素没有变化，也就是上述代码的else部分，为什么还需要进行一个无谓的setArray操作？毕竟setArray操作没有改变任何数据。

对于这个问题也是很有意思，有一封邮件讨论了此问题（1 、2 、3 ）。
大 致的意思是，尽管没有改变任何数据，但是为了保持“volatile”的语义，任何一个读操作都应该是一个写操作的结果，也就是读操作看到的数据一定是某 个写操作的结果（尽管写操作没有改变数据本身）。所以这里即使不设置也没有问题，仅仅是为了一个语义上的补充（个人理解）。

这里还有一个 有意思的讨论，说什么addIfAbsent在元素没有变化的时候为什么没有setArray操作？这个要看怎么理解addIfAbsent的语义了。如 果说addIfAbsent语义是”写“或者”不写“操作，而把”不写“操作当作一次”读“操作的话，那么”读“操作就不需要保持volatile语义 了。

 

对于CopyOnWriteArraySet而言就简单多了，只是持有一个CopyOnWriteArrayList，仅仅在add/addAll的时候检测元素是否存在，如果存在就不加入集合中。

private   final CopyOnWriteArrayList < E > al;
/**
* Creates an empty set.
*/
public CopyOnWriteArraySet() {
    al =   new CopyOnWriteArrayList < E > ();
}

public   boolean add(E e) {
    return al.addIfAbsent(e);
}