CopyOnWrite(写时复制)

抽象概念的CopyOnWrite机制（读写分离）有两个实现类，CopyOnWriteArrayList 与 CopyOnWriteArraySet。CopyonwriteArrayLlst是同步List的一个并发替代品，提供了更好的并发性，并避免了在迭代期间对容器加锁和复制。（相似地，CopyOnWriteArraySet是同步set的一个并发替代品。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，添加或修改完元素之后，再将原容器的引用指向新的容器，这是一种延时懒惰策略。

“写入时复制（ copy-on-write）”容器的线程安全性来源于：只要有效的不可变对象被正确发布，那么访问它将不再需要更多的同步。在每次需要修改时，会创建并重新发布一个新的容器拷贝，以此来实现可变性。“写入时复制（ copy-on-write）”容器的迭代器保留一个底层基础数组（ the backing array）的引用。这个歌数组作为迭代器的起点，永远不会被修改。

CopyOnWriteArrayList的实现原理

/**
    * Appends the specified element to the end of this list.
    * @param e element to be appended to this list
    * @return {@code true} (as specified by {@link Collection#add})
    */
public boolean add(E e) {
    final ReentrantLock lock = this.lock;  // 加锁,否则多线程写的时候会Copy出N个副本。
    lock.lock();
    try {
        Object[] elements = getArray();  
        int len = elements.length;
        Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);  // 把新的元素添加到新数组里。
        newElements[len] = e;                                     
        setArray(newElements);                                    // 更新数组引用
        return true;
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

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。

public E get(int index) {
    return get(getArray(), index);
}

private E get(Object[] a, int index) {
    return (E) a[index];
}

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。 使用CopyOnWriteMap需要注意两件事情：

• 减少扩容开销。根据实际需要，初始化CopyOnWriteMap的大小，避免写时CopyOnWriteMap扩容的开销。
• 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。

缺陷：内存占用问题和数据一致性问题

1、内存占用问题：在进行写操作的时候，内存里会同时驻扎两个对象的内存。

2、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。

参考资料：聊聊并发-Java中的Copy-On-Write容器 《Java并发编程实战》