CopyOnWriteArrayList是如何保证线程安全的？
一：前言
在我们需要保证线程安全的时候，如果使用到Map，那么我们可以使用线程安全的ConcurrentHashMap，ConcurrentHashMap不仅可以保证线程安全，而且效率也非常不错，那有没有线程安全的List呢？答案是有，那就是CopyOnWriteArrayList。今天我们就一起来了解一下CopyOnWriteArrayList，看它是如何巧妙的保证线程安全的吧。
二：成员变量分析
//进行修改操作时的锁
final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
//真正保存数据的数组 用volatile关键字进行修饰，保证array的引用的可见性
private transient volatile Object[] array;
复制代码三：源码分析
首先我们看构造方法，CopyOnWriteArrayList有三个构造方法。
1.空参构造
调用setArray方法将成员变量array赋值为一个长度为0的数组。
public CopyOnWriteArrayList() {
setArray(new Object[0]);
}
复制代码final void setArray(Object[] a) {
array = a;
}
复制代码2.传入一个Collection对象的构造方法
首先判断Collection是否是一个CopyOnWriteArrayList，如果是，直接将传入的CopyOnWriteArrayList的elements重新赋值给需要创建的CopyOnWriteArrayList。 如果不是，判断Collection是否是ArrayList，如果是，那么就利用toArray()方法将其转化为一个数组并赋值给成员变量array，否则将Collection里面的元素全部取出来copy到一个新数组中，并且将该数组赋值给成员变量array。
public CopyOnWriteArrayList(Collection<? extends E> c) {
Object[] elements;
if (c.getClass() == CopyOnWriteArrayList.class)
elements = ((CopyOnWriteArrayList<?>)c).getArray();
else {
elements = c.toArray();
if (c.getClass() != ArrayList.class)
elements = Arrays.copyOf(elements, elements.length, Object[].class);
}
setArray(elements);
}
复制代码3.传入一个数组的构造方法
将传入的数组的元素copy到一个新的Object数组，并且赋值给成员变量array。
public CopyOnWriteArrayList(E[] toCopyIn) {
setArray(Arrays.copyOf(toCopyIn, toCopyIn.length, Object[].class));
}
复制代码接下来我们看核心的add(),remove(),get()方法。
add(E e)
首先加锁，然后通过Arrays.copyOf()方法将元素copy到一个新的数组中，新的数组的长度为原数组的长度+1，并且将需要加入的元素赋值到新数组的最后。最后将新数组赋值给成员变量array。
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();
}
}
复制代码add(int index, E element)
add(int index, E element)方法需要将元素加入到指定的索引位置中。首先也是先加锁，保证线程安全，将原数组分为两段进行操作，根据index进行分隔，分别copy index之前的元素和之后的元素，copy完成之后在将需要插入的元素设置到索引为index的位置上。之后将新数组赋值给成员变量array。
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();
}
}
复制代码接下来看remove()方法。
remove(int index)
remove(int index)方法需要在数组中移除指定索引的值。首先是加锁，同样也是将原数组分为两段进行操作，根据index进行分隔，分别copy index之前的元素和之后的元素，copy到一个新数组中，新数组的长度为原数组的长度减一（注意这里是没有copy index索引位置的值的，所以相当于移除了index索引上的值）。之后将新数组赋值给成员变量array。
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();
}
}
复制代码接下来看get()方法
get()
我们可以看到get()方法很简单，就是从array成员变量中取出对应索引的值。并没有加锁处理。所以尽管是在并发高的情况下，get()方法的效率依旧是比较高的。
/**
* {@inheritDoc}
*
* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
*/
public E get(int index) {
return get(getArray(), index);
}
private E get(Object[] a, int index) {
return (E) a[index];
}
复制代码四：总结
CopyOnWriteArrayList为什么能够保证线程安全，主要是因为以下几点：
1.在做修改操作的时候加锁
2.每次修改都是将元素copy到一个新的数组中，并且将数组赋值到成员变量array中。
3.利用volatile关键字修饰成员变量array，这样就可以保证array的引用的可见性，每次修改之前都能够拿到最新的array引用。这点很关键。
看到这里，相信你已经对CopyOnWriteArrayList非常了解了，CopyOnWriteArrayList在查询多，修改操作少的情况下效率是非常可观的，既能够保证线程安全，又能有不错的效率。但是如果修改操作较多，就会导致数组频繁的copy，效率就会有所下降，如果修改操作很多，那么直接使用Collections.synchronizedList(),或许也是一个不错的选择。