阿里面试官没想到，一个CopyOnWriteArrayList，我都能跟他吹半小时(2)

04、CopyOnWriteArrayList

瞧，为了引出 CopyOnWriteArrayList，我花了多少心思。

List<String> list = new CopyOnWriteArrayList();
list.add("沉默王二");
list.add("沉默王三");
list.add("一个文章真特么有趣的程序员");
for (String str : list) {
    if ("沉默王二".equals(str)) {
        list.remove(str);
    }
}
System.out.println(list);      

把 ArrayList 换成 CopyOnWriteArrayList，程序就能够正常执行了，输出结果如下所示。

[沉默王三, 一个文章真特么有趣的程序员]

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之所以不抛出 ConcurrentModificationException 异常，是因为 CopyOnWriteArrayList 是 fail-safe 的，迭代器遍历的是原有的数组，remove 的时候 remove 的是复制后的新数组，然后再将新数组赋值给原有的数组。

不过，任何在获取迭代器之后对 CopyOnWriteArrayList 的修改将不会及时反映迭代器里。

CopyOnWriteArrayList<String> list1 =
        new CopyOnWriteArrayList<>(new String[] {"沉默王二", "沉默王三"});
Iterator itr = list1.iterator();
list1.add("沉默王四");
while(itr.hasNext()) {
    System.out.print(itr.next() + " ");
}      

沉默王四并不会出现在输出结果中。

沉默王二 沉默王三

ArrayList 的迭代器 Itr 是支持 remove 的。

List<String> list = new ArrayList();
list.add("沉默王二");
list.add("沉默王三");
list.add("一个文章真特么有趣的程序员");
Iterator var3 = list.iterator();
while (var3.hasNext()) {
    String str = (String) var3.next();
    if ("沉默王二".equals(str)) {
        var3.remove();
    }
}
System.out.println(list);      

程序输出的结果如下所示：

而 CopyOnWriteArrayList 的迭代器 COWIterator 是不支持 remove 的。

public void remove() {

           throw new UnsupportedOperationException();

       }

CopyOnWriteArrayList 实现了 List 接口，不过，它不在 java.util 包下，而在 java.util.concurrent 包下，算作是 ArrayList 的增强版，线程安全的。

顾名思义，CopyOnWriteArrayList 在进行写操作（add、set、remove）的时候会先进行拷贝，底层是通过数组复制来实现的。

Java 8 的时候，CopyOnWriteArrayList 的增删改操作方法使用的是 ReentrantLock（可重入锁，一个线程获得了锁之后仍然可以反复的加锁，不会出现自己阻塞自己的情况）。

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();
    }
}      

Java 14 的时候，已经改成 synchronized 块了。

public boolean add(E e) {
    synchronized (lock) {
        Object[] es = getArray();
        int len = es.length;
        es = Arrays.copyOf(es, len + 1);
        es[len] = e;
        setArray(es);
        return true;
    }
}      

其中的 lock 是一个 Object 对象（注释上说和 ReentrantLock 有一点关系）。

/**

* The lock protecting all mutators.  (We have a mild preference

* for builtin monitors over ReentrantLock when either will do.)

*/

final transient Object lock = new Object();

使用 ReentrantLock 性能更好，还是 synchronized 块性能更好，同学们可以试验一下。不过，从另外一些细节上看，Java 14 的写法比 Java 8 更简洁一些，其中就少了一个 newElements 变量的创建。

再来看 set() 方法：

public E set(int index, E element) {
    synchronized (lock) {
        Object[] es = getArray();
        E oldValue = elementAt(es, index);
        if (oldValue != element) {
            es = es.clone();
            es[index] = element;
        }
        // Ensure volatile write semantics even when oldvalue == element
        setArray(es);
        return oldValue;
    }
}      

同样使用了 synchronized 块，并且调用了封装好的 clone() 方法进行了复制。

然后来看 remove() 方法：

public E remove(int index) {
    synchronized (lock) {
        Object[] es = getArray();
        int len = es.length;
        E oldValue = elementAt(es, index);
        int numMoved = len - index - 1;
        Object[] newElements;
        if (numMoved == 0)
            newElements = Arrays.copyOf(es, len - 1);
        else {
            newElements = new Object[len - 1];
            System.arraycopy(es, 0, newElements, 0, index);
            System.arraycopy(es, index + 1, newElements, index,
                    numMoved);
        }
        setArray(newElements);
        return oldValue;
    }
}      

synchronized 块是必须的，数组复制（System.arraycopy()）也是必须的。

和 Vector 不同的是，CopyOnWriteArrayList 的 get()、size() 方法不再加锁。

public int size() {

   return getArray().length;

}

public E get(int index) {

   return elementAt(getArray(), index);

简单总结一下就是：第一，CopyOnWriteArrayList 在修改时，复制出一个新数组，修改的操作在新数组中完成，最后将新数组赋值给原有的数组引用。第二，CopyOnWriteArrayList 的写加锁，读不加锁。

CopyOnWriteArrayList 有很多优势，但数组复制是沉重的，如果写的操作比较多，而读的操作比较少，内存就会被占用得比较多；另外，CopyOnWriteArrayList 无法保证数据是实时同步的，因为读写操作是分离的，写的操作都建立在复制的新数组上，而读的是原有的数组。

05、最后

如果九年前，我就看到了这样一篇文章，一定就不会被老马刁难呢，保不准还能再拖延半个小时，让他多问二十个问题。但我想同学们一定是比我幸运的，至少现在看到了，不晚，对不对？